Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование методики определения высоты уступа при проектировании открытой разработки крутопадающих месторождений

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование методики определения высоты уступа при проектировании открытой разработки крутопадающих месторождений"

9 15-5/369

На правах рукописи

АБДУЛЛАЕВ Максим Дмитриевич

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ

УСТУПА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ- 2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Холодняков Генрих Александрович

Официальные оппоненты:

Капутин Юрий Евгеньевич доктор технических наук, ОАО «Полиметалл УК», отдел анализа и методологического обеспечения геологической дирекции, начальник отдела

Пасынков Денис Владимирович кандидат технических наук, ООО «ТОМС Инжиниринг», отдел открытых горных работ, главный специалист

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Защита диссертации состоится 6 октября 2015 года в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.09 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 1163.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 10 июня 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

ФОМИН Сергей Игоревич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных элементов системы разработки является уступ. Высота уступа - важный параметр, влияющий на качественные и количественные показатели добычи полезного ископаемого. В практике проектирования, строительства и эксплуатации карьеров следует определять высоту уступов в соответствии с конкретными горно-геологическими условиями, горнотехническими возможностями и рядом других факторов.

При проектировании к таким факторам следует отнести: производительность по полезному ископаемому и продолжительность стабильного периода на этом уровне, сроки достижения проектной производительности при минимальных сроках строительства и объемах горнокапитальных работ; наивыгоднейшее для этой производительности календарное распределение объемов работ по горной массе, минимальные затраты по сумме основных процессов на выемку 1 м3 горной массы, технологическое оборудование, отвечающее данным условиям и производительности; сортность и качество добываемого полезного ископаемого и так далее.

Ранее проведенные исследования позволяют с определенной степенью точности определять высоту уступа для месторождения в целом, которая обычно выбирается постоянной на весь период отработки месторождения. Однако, полученное значение высоты уступа не отвечает оптимуму по совокупности всех влияющих факторов. Высота уступов должна соответствовать условиям разработки месторождения в каждый из его периодов работы.

В настоящее время условия по выбору высоты уступа в достаточной степени не освещены ни в нормах технологического проектирования, ни в методиках технологического проектирования карьеров. Притом, что за последнее время появилась более мощная и производительная горнодобывающая и транспортная техника. Увеличились емкости ковшей экскаваторов и кузовов самосвалов, объемы разрабатываемой горной массы и глубина карьеров. Однако, методы обоснования высоты уступа, разработанные 30-40 лет назад,

не всегда отвечают требованиям современных условий ведения горных работ на месторождениях.

Цель работы. Обоснование методики определения высоты уступа при проектировании открытой разработки крутопадающих месторождений с учетом влияния современных горно-геологических и горнотехнических факторов, позволяющей повысить достоверность и эффективность проектных решений.

Идея работы. Выбор высоты уступа для открытой разработки крутопадающих месторождений должен быть обоснован и подкреплен результатами комплексного анализа ее влияния на потери, засорение и разубоживание, скорость понижения горных работ, производительность по руде и горной массе, коэффициент вскрыши, а также на экономические показатели технологических процессов в карьере.

Основными задачами работы являются:

1. Анализ существующих методов определения высоты

уступа.

2. Анализ влияния высоты уступа на потери, засорение и разубоживание руды, производительность карьера по руде и горной массе.

3. Установление зависимостей экономических показателей технологических процессов от высоты уступа.

4. Теоретическое обоснование и разработка методики определения высоты уступа при проектировании открытой разработки крутопадающих месторождений.

5. Оценка экономической эффективности реализации проектных решений по обоснованию выбора высоты уступа для карьера, разрабатывающего крутопадающее месторождение.

Научная новизна:

1. Установлены аналитические зависимости потерь, засорения и разубоживания от высоты уступа при изменении угла падения залежи при открытой разработке крутопадающих месторождений.

2. Выявлены аналитические зависимости показателей добычных работ, производительности карьера по руде и горной

массе от высоты уступа при открытой разработке крутопадающих месторождений.

3. Установлены зависимости экономических показателей технологических процессов (буровзрывные работы, погрузка и транспортирование) от высоты уступа.

Основные защищаемые положения:

1. Выбор высоты уступа должен осуществляться при рациональном соотношении потерь, засорения и разубоживания руды, по условию, что прибыль, которую можно получить от использования теряемых руд, равняется экономическому ущербу, получаемому от засорения.

2. Производительность карьера по руде при ведении добычных работ должна определяться с учетом зон с изменением горногеологических и горнотехнических условий разработки, где требуется изменение высоты уступа, обеспечивающая эффективность и достоверность проектных решений.

3. Определение высоты уступа должно производится на основе оптимального режима работ по горной массе, при единовременном учете коэффициента неравномерности к, условий залегания полезного ископаемого, стабильной производительности и качества выдаваемой руды, себестоимости процессов бурения, взрывания, экскавации и удельных эксплуатационных затрат на транспортирование горной массы, путем дисконтирования.

Методы исследований: Общей теоретической и методологической основой работы является комплексный подход, включающий анализ и обобщение фундаментальных исследований авторов в области методологии проектирования карьеров, отрабатывающих крутопадающие месторождения, обобщение производственной и проектной практики. В качестве основных методов исследований использовались: мониторинг технологических процессов карьера, геоинформатика и моделирование на персональных компьютерах; системный анализ при исследовании процессов, зависящих от принятой высоты уступа; методы сметных расчетов; классические экономические методы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением комплексного подхода, включающего анализ и обобщение фундаментальных исследований авторов в области теоретического обоснования параметров открытой разработки; обширным привлечением проектных и фактических материалов по работе отечественных и зарубежных карьеров-аналогов; использованием геоинформатики и моделирования на персональных компьютерах; классических экономических и финансовых теорий; системным анализом при обосновании высоты уступа на крутопадающих месторождениях.

Практическая значимость работы:

Разработана методика определения высоты уступа с учетом взаимовлияющих факторов, позволяющая повысить экономическую эффективность и достоверность проектных решений при открытой разработке крутопадающих месторождений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференции «Освоение минеральных ресурсов СЕВЕРА: проблемы и решения» (Воркута, 2011, 2012, 2013), на международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого -взгляд в будущее» (Тула, 2011 г.), международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2013, 2014), на заседаниях кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 169 страниц, 29 таблиц, 21 рисунок и список литературы из 110 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ литературных источников, представлены современные тенденции и выявлены достоинства и недостатки существующих методов определения высоты уступа.

Во второй главе проведена оценка влияния высоты уступа на качественные характеристики добываемой руды. Выявлены зависимости коэффициентов потерь, засорения и разубоживания руды в результате потерь и засорения от высоты уступа.

В третьей главе проведен анализ влияния высоты уступа на показатели добычных работ и производительность по руде и горной массе.

В четвертой главе получены экономические зависимости процессов бурения, экскавации и транспортирования горной массы от высоты уступа.

В пятой главе представлена методика выбора высоты уступа с учетом совместной оценки влияния на качественные, производственные и экономические показатели работ карьера ГОКа «Озерный».

Теоретической базой работы послужили труды ведущих ученых в области открытой разработки месторождений, методологии проектирования карьеров таких ученых, как: академики и члены-корр. АН СССР и РАН М.И. Агошков, Н.В. Мельников, H.H. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, доктора наук, К.Ю. Анистратов, Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, Ж.В. Бунин, С.Е. Гавришев, В.В. Истомин, Ю.Е. Капутин, В.В. Квитка, B.C. Коваленко, В.Ф. Колесников, C.B. Корнилков,

A.И. Косолапов, И.А. Кузнецов, М.Г. Новожилов, Д.С. Пастихин,

B.C. Плыгунов, С.П. Решетняк, М.Г. Саканцев, В.А. Симкин, В.П. Федорко, A.C. Фиделев, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков, B.C. Хохряков, Е.Ф. Шешко, В.Г. Шитарев, О.В. Шпанский, Б.П. Юматов, В.Л. Яковлев и ряд других.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Выбор высоты уступа должен осуществляться при рациональном соотношении потерь, засорения и разубоживания руды по условию, что прибыль, которую можно получить от

использования теряемых руд, равняется экономическому ущербу, получаемому от засорения.

На контактах вмещающих пород и рудной залежи, в процессе отработки уступа и вследствие различных углов откосов уступа и падения рудной залежи, возникают потери и засорение руд, величина которых зависит от взаимного положения откоса рабочего уступа и плоскости контакта рудного тела.

Объем потерянных руд и примешиваемых пород для одного уступа на одном контакте определяется геометрическим путем. Независимо от направления развития горных работ относительно падения рудного тела, между потерями руды и засорением ее приконтактными породами наблюдается обратная зависимость.

Чем более ценным является полезное ископаемое, тем меньше допускаются его потери за счет увеличения засорения. Прибыль от добычи и переработки 1 т руды может быть определена, как разница цены концентрата, полученного из нее, и себестоимости ее добычи и переработки. Упущенная прибыль предприятия вследствие потерь руды при эксплуатации карьера, учитывая, что теряемая руда добывается из недр и отправляется в отвал, следует классифицировать, как экономический ущерб Еп.

Нулевое значение экономического ущерба от потерь руды может быть в случае, когда потери руды на контакте рудного тела отсутствуют (Еп = 0) за счет увеличения объема примешиваемых пород. Однако, в этом случае имеется ущерб от переработки некондиционных руд или вмещающих пород, направляемых в составе промышленной руды на обогатительную фабрику, Ер.

Прибыль, которая могла быть получена, от использования теряемых при эксплуатации руд, связана с ущербом, имеющим место от засорения.

Рациональное соотношение между величинами потерь руды и засорением ее может быть получено при условии, что прибыль, которую можно получить от использования теряемых руд, должна равняться экономическому ущербу, получаемому от засорения, то есть Е^ Ер.

Получены зависимости коэффициентов потерь, засорения и разубоживания от высоты уступа.

Коэффициент потерь промышленной руды

пк -Н

руды

7„=--, О)

2т

Коэффициент засорения пород к запасам промышленной

2 т-Ст

Коэффициент разубоживания руды, характеризующий количество пород в объеме рудной массы, полученной с учетом

потерь и засорения

=__

° 2т-С2ш+пк-к{с18р±аёа%-{\-Спк-\)2\

где ¡г - высота уступа, м; пк - количество контактов руды с вмещающими породами; /? - угол падения рудной залежи, град; а -угол откоса уступа, град; т - суммарная горизонтальная мощность рудного тела, м; Спк - стоимостная постоянная карьера

г

пк

е.-4-с-а-сг+ь)

где й - себестоимость переработки 1 т руды, руб./т; Ср -себестоимость добычи руды франко-бункер фабрики, руб./т; Ь -себестоимость выемки пород франко-отвал, руб./т; - извлечение компонента из вмещающих пород; £ - извлечение компонента из руды; С - цена одного тонно-процента компонента в концентрате, руб./т %.

Знак «+» ставится при отработке залежи от лежащего бока к висячему, знак «-» - при отработке от висячего к лежачему боку залежи.

На рисунке 1 приведены графики зависимости потерь и засорения руды от высоты уступа.

Потери и засорения зависят также от угла падения рудной залежи и угла откоса рабочего уступа (графики зависимости представлены на рисунке 2 для высот уступа 10, 15 и 20 м.).

Приведенные зависимости потерь и засорения от высоты уступа, построенные на их основе графики и краткий анализ этих графиков позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Потери и засорения руды при ведении добычных работ находятся в прямо пропорциональной зависимости от высоты уступа. При ведении добычных работ на контакте висячего бока залежи подступами, увеличение высоты уступа (в пределах до 20 м) в два раза вызывает увеличение потерь и засорения в 1,4-1,6 раза. При отработке контактов залежи без разделения на подуступы, увеличение высоты в два раза вызывает рост коэффициентов потерь и засорения в 1,8-2,9 раза.

2. Потери и засорение руды являются переменными величинами и зависят не только от высоты уступов, мощности залежи и количества включений прослоев вскрышных пород, но и от угла падения залежи. Так, с уменьшением угла с 25° до 12-11° потери и засорение возрастают соответственно в 3,0 и 3,5 раза, то есть наблюдается практически обратно пропорциональная зависимость.

3. Потери и засорения находятся в прямолинейной зависимости от угла откоса уступа. С увеличением угла с 60° до 80°, то есть на 33%, повышение потерь и засорения составляет 20%.

Выбор высоты уступа должен осуществляться на основании рационального соотношения потерь, засорения и разубоживания, в зависимости от возможной прибыли, условно получаемой от использования теряемых руд, и экономического ущерба от разубоживания в результате потерь и засорения полезного ископаемого.

2. Производительность карьера по руде при ведении добычных работ должна определяться с учетом зон с изменением горногеологических и горнотехнических условий разработки, где требуется изменение высоты уступа, обеспечивающая эффективность проектных решений.

Производительность карьера при разработке наклонных и крутопадающих залежей определяется исходя из следующих условий:

1) годовое понижение добычных работ;

2) расстановка погрузочного оборудования на руде;

3) соответствие амортизационному сроку существования карьера в зависимости от его производительности.

По условию расстановки экскаваторов на рудном фронте производительность выше (на 20-35%), чем по условию понижения работ, но для крупных протяженных месторождений ограничивающим фактором является годовое понижение добычных работ.

Производительность карьера по руде с учетом показателей потерь и засорения

Ар=Пдр.-Б-ум-^ т/год, (5)

Ро

где Пдр - среднегодовое понижение добычных работ в карьере, м/год; 5 - площадь рудной залежи в пределах карьерного поля, м2; Ум — плотность рудной массы.

Производительность карьера по руде из условия расстановки экскаваторов А'р может быть определена исходя из минимальной длины фронта работ на один экскаватор 1Ф (длина экскаваторного блока), длины рудного тела ЬРГ в карьере, количества добычных горизонтов п и эксплуатационной производительности одного экскаватора 0.

Принимая за основу положение, что Ар < А'р, можно получить следующую зависимость для высоты уступа:

И< , 5-гМ, (6)

Графоаналитический анализ зависимостей И от 5; 1ф и р (рисунок 3) позволяет сделать следующие выводы:

1. Значительное влияние на высоту уступов оказывает длина фронта работ на один экскаватор 1Ф в пределах изменения ее от 300 до 700 м. Дальнейшее постепенное увеличение 1ф, мало сказывается на значении высоты уступов.

2. При отработке рудного тела с углом падения менее 75°, для увеличения высоты уступа, следует рекомендовать направление развития работ от висячего бока залежи или поперечными заходками, если достаточна мощность рудного тела и обеспечивается функционирование принятого вида транспорта.

3. При сокращении с глубиной карьера площади залежи и изменении угла ее падения, для сохранения годовой производительности карьера по руде, необходимо изменение высоты уступа, так как компенсация потери рудного фронта уменьшением длины то есть увеличением количества работающих экскаваторов на горизонте, недопустима по условиям транспортирования руды с горизонта.

Исследования показывают, что сохранение достигнутого уровня добычи руды производится своевременным вскрытием и подготовкой нижележащих горизонтов, то есть понижением добычных работ. Скорость проходки траншей является решающим фактором при определении продолжительности вскрытия и подготовки новых горизонтов к эксплуатации, а, следовательно, и при создании и поддержании необходимого фронта добычных и горных работ в целом.

Способы проходки траншей можно классифицировать в зависимости от применяемого для этой цели горнотранспортного оборудования и конструкции забоя. Основными параметрами траншеи являются высота уступа и ширина траншей по дну. Оба эти параметра определяют объем траншеи и, соответственно, влияют на скорость ее проходки. В основу расчета скорости проходки траншей положены площади сечения и сменные производительности экскаваторов в траншейных условиях в зависимости от схем проходки. На рисунке 4 представлены графики зависимости скорости проходки траншей от высоты уступа при использовании автомобильного транспорта.

Анализ результатов расчетов позволяет сделать следующие выводы:

1. При увеличении высоты уступов с 10 до 20 м скорость проходки траншей уменьшается в обратно пропорциональной зависимости,

1ри 4х конт актах __ л

ч=т , г ои 2х конт< ктах

г ' _ _ ., *

7 10 13 16 19

Высота уступа, м

Высота уступа, м

Рисунок 1 - Графики зависимости потерь и засорения руды от высоты уступа

16,0

14,0

12,0

10,0

= ^

I чР

Л ^

1к8,0 к =

£ X

х Й

« I

х Я м 6,0

4,0

2,0

0,0

\ \ \

\ \ \ \ \

\ \ \ \ \ \ \ \ \ N

Па \ 4 - =/г«Л-" " \ \ \ ^ • ч ч

По=/(а) \ \г% \ — — N \ N Ч ' ч "ч 'ч ч

п=М По-/(а) ч _^ «ч. >ч '—.

п=М п=т

- ** —*

--- - -—1 ................. г^^——1 —

50

12 15 18 21 24 27 30 Угол наклона рудной залежи - //, град

------1-1-

60 70 80 _Угол откоса уступа - а, град

33

90

Рисунок 2 - Графики зависимости потерь и засорения руды от угла падения залежи и угла откоса уступа при высоте 10, 15 и 20 м

7Гл1 сч% <р+с!%/У

35

О

5 10 20 /0...И 300 400 <р 10 17 р 15 3(Г

30 40 50 60 70 500 600 700 800 1(> 1К 20 45 60 75 90

5 10 20 30 40 50 60 70

1ф.,м 300 400 500 600 700 800

<р 1 СУ 12 14° 1(? 18Г 20

Р 15 30 45 60 75 90

Рисунок 5 - График зависимости скорости понижения горных работ от высоты уступа

Рисунок 4 - График зависимости скорости проходки траншей от высоты уступа

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

-ЭКГ 5 (8) -ЭКГ 5 (9) -ЭКГ 8 (8) -ЭКГ 5 (7) ЭКГ 5 (10) ЭКГ 8 (9)

-«-ЭКГ 8 (7) —ЭКГ 8 (10)

-♦-ЭКГ 5 (8) -«-ЭКГ 5 (9) -+-ЭКГ 8 (8) —ЭКГ 5 (7) *ЭКГ 5 (10) -«-ЭКГ 8 (9)

К.у.

9,0 г-8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 —

При велении работ от висячего к лежачему боков залежи

При велении работ от лежачего к висячему боков залежи с7£ <р + ещр

Г

Рисунок 6 - График зависимости Кву от высоты уступа

= (7)

"20-И О

где Кпр - коэффициент пропорциональности (0,8-Ю,9 - когда отыскивается скорость проходки траншеи при большей высоте уступа по отношению к известной, 1,1-И ,25 - когда отыскивается скорость проходки траншеи при меньшей высоте уступа по отношению к известной). Значение К„р зависит от схем проходки траншей.

2. Для интенсификации проходки въездных и разрезных траншей целесообразно при вскрытии и подготовке горизонта уступ разбивать на подуступы.

После установления зависимости скорости проходки траншей и времени подготовки горизонта к эксплуатации от высоты уступа, можно установить влияние высоты уступов на скорость понижения добычных работ. Чем больше время подготовки горизонта к эксплуатации, что соответствует большей высоте уступа, тем меньше скорость понижения горных и, соответственно, добычных работ. Это положение подтверждается произведенными расчетами и графиком на рисунке 5.

На основании анализа результатов расчета, эту зависимость можно представить выражением:

Пгр = -Ядам/год, (8)

где К„р - коэффициент пропорциональности, который зависит от диапазона изменения высоты уступов.

При изменении высоты уступов в пределах от 10 до 15 м, К„р = 1. При изменении высоты уступов от 15 до 20 м, К„р = 0,9.

Следовательно, и производительность карьеров по руде непосредственно зависит от высоты уступов, причем зависимость -обратно пропорциональная. Чем больше высота уступа, тем меньше возможная производительность карьера по руде. В процессе проектировании, при определении производительности карьера по руде необходимо тщательно анализировать горно-геологические и горнотехнические условия разработки по всей предполагаемой глубине карьера с целью выявления зон, где потребуется изменение

высоты уступа для обеспечения стабильной производительности добычных работ.

3. Выбор высоты уступа производится на основе оптимального режима работ по горной массе, при единовременном учете коэффициента неравномерности X, условий залегания полезного ископаемого, стабильной производительности и качества выдаваемой руды, себестоимости процессов бурения, взрывания, экскавации и удельных эксплуатационных затрат на транспортирование горной массы, путем дисконтирования.

Производительности карьера по горной массе

где К} - эксплуатационный коэффициент вскрыши, м3/м3;

Эксплуатационный коэффициент вскрыши для соответствующего периода может быть выражен через среднеэксплуатационный коэффициент - Кс} с помощью коэффициента неравномерности

КЭ=ЛКС.^, м3/м3 (10)

Прежде чем непосредственно перейти к анализу зависимости производительности по горной массе или, эксплуатационного коэффициента вскрыши К} от высоты уступа, необходимо определить взаимосвязь среднеэксплуатационного КС) и среднего коэффициента вскрыши Кс через показатели потерь и засорения, для того чтобы в любой рассматриваемой зоне карьера иметь возможность оценки значения К} в зависимости от Л.

Таким образом, производительность по горной массе

^/ Л/ - Л

По

м3/год (11)

Зависимости для определения коэффициента неравномерности Я могут быть представлены в следующем виде:

а) при вскрытии горизонтов по конечному борту карьера

б) при вскрытии горизонтов по контакту рудного тела

(13)

в) при вскрытии горизонтов по рудному телу

н + н■ -1

Кс Щ | т2

К к

(14)

где Я,Я, - высота рабочей зоны, м.

Параметр Кву представляет собой выражение {ctg<p±ctgfi), характеризующий принятую для расчетов высоту уступа. Значение ctg<p характеризует угол откоса рабочего борта и при высоте уступов от 10 до 20 м определено в соответствии с параметрами, рекомендуемыми нормами технологического проектирования.

Анализ выражений (11 - 14) и графика на рисунке 6 позволяет сделать следующие выводы:

1. Производительность по горной массе прямо пропорциональна значению Кйу.

2. Величина Кву уменьшается с увеличением высоты уступа. При увеличении высоты уступа с 10 м до 20 м, то есть в два раза, значение Киу уменьшается в 1,3 - 1,55 раза при ¡3 = 20°-^90° и развитии горных работ от лежачего к висячему боку залежи, в 1,55 -2,8 раза при /? = 90°-^20° и развитии горных работ от висячего к лежачему боку залежи.

3. Наибольшее влияние на производительность по горной массе оказывает изменение высоты уступа при значении угла /? = 20°-К30° и развитие горных работ от висячего к лежачему боку залежи.

4. Значение Кв,у, (в пределах изменения угла /? = 60°-^20°) меньше (в 1,2-^6 раза) при развитии горных работ от висячего к лежачему боку залежи, чем от лежачего к висячему.

При определении зависимости себестоимости 1 м3 взорванной горной массы от высоты уступа рассмотрены породы: легкодробимые (/= 5 +10), среднедробимые (/= 10-Н4) и труднодробимые (/> 14). Исследования показали, что себестоимость 1 м3 горной массы по буровзрывным работам в зависимости от высоты уступа, для различной крепости пород, увеличивается с уменьшением высоты уступа. Выявленная зависимость представлена на рисунке 7.

Определение зависимости себестоимости экскавации 1 м3 скальной горной массы от высоты уступа производилось на основе выявления стоимостных показателей погрузочных работ различными моделями карьерных экскаваторов. Себестоимость экскавации 1 м3 скальной горной массы от типоразмера экскаватора и соответствующей высоты уступа при автомобильном и железнодорожном видах транспорта также увеличивается при уменьшении высоты уступа (рисунок 8 для автомобильного транспорта). Для учета условий, влияющих на показатели работы транспорта, были рассмотрены различные значения производительности карьеров, применительно к действующим предприятиям, произведены необходимые технические расчеты и определены затраты (рисунок 9).

Анализ зависимостей себестоимости рыхления и удельных эксплуатационных затрат на транспорт 1 м3 скальной горной массы от высоты уступа показывает общую тенденцию снижения затрат с увеличением высоты уступа (рисунок 10, а - для автомобильного транспорта, б - для железнодорожного транспорта). Только по процессу экскавации при высоте уступа в диапазоне 15-20 м получено минимальное значение себестоимости. Удельный вес экскавации в общей себестоимости разработки (по трем рассмотренным процессам) составляет 15-20%, следовательно, увеличение себестоимости экскавации при увеличении высоты уступа более 20 м не может сказаться на увеличении общей себестоимости. Поэтому можно сделать основной вывод, что с точки

Рисунок 7 - Графики зависимости себестоимости буровзрывных работ на 1 м3 взорванной горной массы от высоты уступа при различной крепости пород

С7]

Рисунок 9 - Совмещенные графики изменения удельных расчетных затрат на 1 м3 при различной производительности карьеров в зависимости от высоты уступа при использовании автотранспорта.

87.0

80,4^"—

----- ,1

565 _____63 ,4 2,14 млн. м3

5 »^«..45 48,9 ' 45 ;; 6« * .. ___44 ,2 л <;л л - 5,0 млн. м' 10,0 млн. м'

¡.0 51,( | - 5 2,14 млн. м'

* * г.°._.„. зад ( 5,0 млн. м'

33 ,8 10,0 млн. м1

15_20_25_30_35 Нуст, м

о.

ш

р-,

2

и

и

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

Высота уступа Нуст, м

8 12

10

12

10

14

16

Высота черпания Нч шах, м 15 17 20

25

Рисунок 8 - Графики зависимости себестоимости экскавации 1 м3 скальной руды и породы от типа-размера экскаваторов при использовании автотранспорта

Рисунок 10 - Зависимость эксплуатационных расходов на 1 м3скальной горной массы по сумме трех основных технологических процессов от высоты уступа. — - при использовании каждого типоразмера экскаватора на минимально допустимой высоте уступа,

-----при минимальных эксплуатационных расходах на транспорт с использованием

более мощного горно-транспортного оборудования.

-ч ,

зрения эффективности технологических процессов следует стремиться к увеличению высоты уступа, насколько это допускается в рассматриваемых горно-геологические условия, темпе наращивания мощности, а также производительности карьера, и периоде стабильного ведения добычных работы при оптимальной производительности по горной массе.

Установленные зависимости основных показателей горных работ и технологических процессов в карьере от высоты уступа позволяют определить следующую последовательность решающих факторов при определении рационального значения высоты рабочего уступа:

1. Устанавливаются характерные зоны по глубине карьера, характеризующиеся изменением мощности рудного тела, угла его падения и сокращением длины рудного тела.

2. Намечается возможный диапазон изменения высоты уступов в зависимости от количества технологических сортов руды и способа их выемки (валовый или раздельный), устойчивости пород и предполагаемого типа погрузочного оборудования (Как правило, этот диапазон находится в пределах 10-20 м).

3. Устанавливается средний коэффициент вскрыши по карьеру.

4. Для каждой рассматриваемой высоты уступа устанавливаются экономически целесообразные значения коэффициентов потерь и засорения.

5. Для каждой зоны определяется среднеэксплуатационный коэффициент вскрыши, соответствующий рассматриваемым значениям высоты уступа.

6. Определяются возможные производительности по руде в каждой из рассматриваемых характерных зон карьера и сопоставляются с заданной или намечаемой величиной. По условию обеспечения производительности по руде, ограничивается диапазон изменения высоты уступов для каждой зоны.

7. В зависимости от производительности по руде и скорости понижения горных и добычных работ определяется возможность оставления временно нерабочего борта и отыскивается коэффициент неравномерности.

8. Определяется эксплуатационный коэффициент вскрыши и, соответственно, производительность по горной массе для каждой высоты уступа, обеспечивающей принимаемую производительность по руде.

9. Оценивается разница в производительности по горной массе с учетом различия в себестоимости 1 т по сумме 3-х процессов и рассчитываются суммарные дисконтируемые затраты. На основе этой оценки устанавливается рациональная высота уступов по глубине отработки карьера.

В результате анализа факторов и показателей, влияющих на выбор рациональной высоты уступов, в соответствии с разработанной методикой, для карьера ГОКа «Озерный» следует рекомендовать:

а) при отработке карьера до горизонта +1105 м высоту уступов 15 м;

б) при отработке карьера в интервале отметок от +1105 до +985 м высоту уступов 20 м;

в) в период доработки карьера ниже отметки +985 м рекомендуется принять высоту уступов 10 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические выводы:

1. Установлена зависимость коэффициента потерь (цп), коэффициента засорения (П0) и коэффициента разубоживания (р0) руды с учетом потерь и засорения при эксплуатации от высоты уступа.

2. Уточнен вид зависимости для определения годовой производительности карьера по руде, по фактору возможного понижения добычных работ.

3. Установлена зависимость высоты уступа от площади рудной залежи и фронта работ по руде при продольной подготовке горизонтов и при системе разработки поперечными заходками.

4. Установлена взаимосвязь между скоростями проходки траншей и понижения горных работ при различной высоте уступа.

5. Для протяженных месторождений получены зависимости коэффициента неравномерности вскрышных работ X от высоты

рабочей зоны Н, мощности рудного тела т, параметра, характеризующего высоту уступа Кву и среднего коэффициента вскрыши Кс.

6. Установлены графические зависимости себестоимости 1 м3 взорванной горной массы при различной крепости пород, себестоимости экскавации и удельных расходов на транспорт 1 м3 скальной горной массы от высоты уступа.

7. Предложена методика для определения высоты уступа при проектировании открытой разработки крутопадающих месторождений, учитывающая совместный единовременный анализ влияния высоты уступа на качественные, производственные и экономические показатели работы карьера.

8. Определена рациональная высота уступа для характерных зон по глубине разработки карьера ГОКа «Озерный» на основе комплексной оценки влияющих факторов и технико-экономического сравнения.

Результаты исследований могут быть внедрены в проектных организациях и на карьерах, отрабатывающих крутопадающие месторождения.

Полученные в работе зависимости позволяют оценить комплекс влияющих факторов и правильно подойти к выбору высоты уступа.

Ожидаемый суммарный экономический эффект от внедрения результатов исследования на карьере горно-обогатительного комбината «Озерный» составляет 208,43 млн. руб.

Основные положения диссертации, опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России:

1. Холодняков, Г. А. Зависимость производительности карьера по руде от высоты уступа / Г.А. Холодняков, М.Д. Абдуллаев // Записки Горного института, Том 207, Горный университет. - Санкт-Петербург, 2014. - С.84-87.

2. Холодняков, Г.А. Основные горнотехнические факторы, определяющие рациональную высоту уступа / Г.А. Холодняков,

М.Д. Абдуллаев// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014 - № 6. С. 147-149.

В прочих изданиях:

3. Абдуллаев, М.Д. Влияние высоты уступа на различные параметры при отработке крутопадающих рудных месторождений / Сборник трудов 9-ой международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Воркутинский горный институт (филиал) СПГГИ (ТУ).-Воркута 2011.-с. 6-9.

4. Абдуллаев, М.Д. Зависимость параметров карьера от высоты уступа при отработке крутопадающих рудных месторождений / Сборник трудов Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее». Известия Тульского государственного университета. Тула. - 2011. - С. 18-22.

5. Холодняков, Г. А. Зависимость производительности карьера по горной массе от высоты уступа. / Г.А. Холодняков, М.Д. Абдуллаев // Сборник трудов 11 -й международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Воркута. - 2013. - С. 226-228.

РИЦ Горного университета. 22.05.2015. 3.475. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

2015675743

2015675743