Научное обоснование рациональных параметров выработок подземных сооружений в условиях горной местности

Макишин, Валерий Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Научное обоснование рациональных параметров выработок подземных сооружений в условиях горной местности
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Научное обоснование рациональных параметров выработок подземных сооружений в условиях горной местности"

Ни правах рукописи □0306ВТ40

МАКИШИН Вагерий Николаевич

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫРАБОТОК ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ

Специальность: 25 СО 22 - Геотехнология (подземная, открыгая и строительная)

Автореферат дйГсертации на соис/сание ученой степени доктора технических наук

Владивосток 2(06

003068740

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имени В В Куйбышева) на кафедре разработки месторождений полезных ископаемых

Научный консультант

доктор технических наук, профессор А С Воронюк

Официальные оппоненты

• Дою^Шрхнических наук, профессор В М Лга^т докт^Кхнических наук Г А Курсакин ^^ доктор технических наук Ю А Васянович

Ведущая организация

ОАО "ДальвостНИИпроектуголь"

Защита состоится 07 июля 2006 года в 14е2 часов на заседании диссертационного совета Д 212 055 04 при Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имгни В В Куйбышева), 690950, г Владивосток, ул Пушкинская, 33, Горный институт ДВГТУ, ауд Г-135

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета Факс 8 (4232) 266-988

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государст-венногщ^ ,ич< ск^ч^^иверситета (ДВПИ имени В В Kyfif^J^-i)

Автореферат разослан 2006 г.

Ученый секретгрь диссертационного совета проф, д т н

Б И Кондырев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Активное подземное строительство и освоение существующего геотехногенного подземного пространства во многих странах становятся приоритетным направлением развития в области промышленного и хозяйственного строительства и решения экологических проблем Подземное пространство во многих государствах считается национальным достоянием.

Природные, горно-геологические, социально-экономические условия развития промышленных районов, наличие природных пещерных комплексов, простота технологических транспортных схем при разработке нагорной части месторождений полезных ископаемых предполагают первоочередное освоение естественного и техногенного пространства и ведение строительства подземных сооружений в условиях горной местности.

В тоже время недостаточно изучены вопросы обоснования и выбора конструктивных параметров транспортно-вентиляционных выработок с учетом способа использования подземного пространства, применяемых рациональных транспортных схем и соответствующих им видов и типоразмеров транспортных средств при формировании грузопотоков для обслуживания подземных сооружений.

Экономически эффективная эксплуатация подземных сооружений промышленного, хозяйственного и социально-культурного назначения зависит от конструктивных параметров и эксплуатационных характеристик транспортных, вентиляционных и других вспомогательных выработок, позволяющих за короткие промежутки времени осуществлять с минимальными затратами многотоннажные грузовые перевозки и доставку людей с поверхности в подземные сооружения и обратно.

Транспортные, вентиляционные и другие вспомогательные выработки составляют до 35 % и более от общего объема подземных сооружений. Капитальные затраты на проведение и оснащение этих выработок, их обслуживание в период эксплуатации оказывают доминирующее влияние на экономическую эффективность работы и конкурентоспособность подземного сооружения Поэтому научное обоснование рациональных параметров транспортных и вентиляционных выработок с учетом элементов подземных сооружений, технологически совершенных и экономически эффективных транспортных схем при формировании грузопотоков под землей и по поверхности в условиях горной местности имеет важное практическое значение.

Для решения вопросов обоснования рациональных конструктивных параметров выработок подземных сооружений различного назначения с учетом формирования их транспортных и вентиляционных схем в условиях горной местности необходимы создание научно-методологических основ, базирующихся на исследовании влияния рельефа местности, горно-геологических,

горно-технологических и социально-экономических условий, способа формирования подземного пространства и вариантов его использования, учета технологических требований к подземным сооружениям, разработка методик обоснования параметров выработок подземных сооружений; установление области экономической эффективности вариантов параметров транспортно-вентиляционных выработок с учетом их транспортных схем и необходимости проветривания.

Цель работы заключается в создании научно-методологических основ установления рациональных параметров выработок подземных сооружений с учетом способа их эксплуатации, условий проветривания, транспортирования грузов для обеспечения экономической эффективности и безопасности их использования в условиях горной местности

Идея работы состоит в том, что конструктивные параметры выработок должны устанавливаться на основе рационального сочетания схем и параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок подземных сооружений

Методы исследований: научное обобщение, анализ проектных решений, отечественного и зарубежного опыта освоения естественного и техногенного подземного пространства и подземного строительства в условиях горной местности, расчетно-аналитический и графоаналитический; вариантов; экономико-математическое моделирование

Научные положения, защищаемые в диссертационной работе.

1. Обоснование и выбор параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок следует осуществлять на основе комплексного учета природных, горно-геологических, горно-технологических и социально-экономических условий и факторов, способов формирования геотехногенного подземного пространства и вариантов его использования в условиях горной местности.

2. Установление параметров выработок и транспортных схем подземных сооружений при формировании их грузопотоков в условиях горной местности должно производиться на основе методических принципов и методики, позволяющих установить области допустимых вариаций этих параметров по качественным критериям путем экономико-математического моделирования

3 Рациональные параметры транспортных выработок следует принимать с учетом требований к проветриванию подземного пространства, аэродинамического сопротивления воздухоподающих выработок, применяемых в них видов и типоразмеров транспортных средств, рационального сочетания объемов транспортных и камерных выработок

4 Показатели использования объемов подземных сооружений целесообразно устанавливать с учетом назначения подземного пространства, возможности их повышения путем увеличения ярусности технологических камер и осуществления поэтапного строительства

5 Рациональные транспортные схемы подземных сооружений в условиях горной местности следует выбирать на основе схемы формирования транспортных систем, основанной на признаках, характеризующих порядок формирования грузопотоков, и позволяющей принимать параметры транспортных выработок и варианты размещения технологических камер подземных сооружений в породном массиве с учетом способа использования подземного пространства

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами анализа большого объема статистического материала, на основе которого получены зависимости и показатели, используемые в расчетных методах, строгим применением аналитического и графоаналитического методов; корректностью применения современных методов сравнительной экономической оценки параметров выработок подземных сооружений с учетом принятых технологических транспортных схем в условиях горной местности; сопоставлением результатов расчетов с фактическими данными; использованием разработанных автором методов при обосновании параметров выработок подземных сооружений и проектировании транспортных схем ряда подземных сооружений и в учебном процессе горных специальностей в Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имени В.В. Куйбышева) - ДВГТУ

Научная новизна работы заключается в теоретическом обобщении и развитии методологических основ оценки рациональных параметров выработок подземных сооружений в условиях горной местности, в частности:

1. Разработан комплексный метод установления параметров выработок подземных сооружений, позволяющий на основе учета горно-геологических и горнотехнических условий, способа использования подземного пространства, применяемых транспортных схем и схем проветривания, обеспечить экономическую эффективность и экологическую безопасность их эксплуатации.

2. Установлены зависимости параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок от объема подземного пространства, способов его использования, видов применяемых транспортных схем и условий проветривания.

3. Обоснован критерий сравнительной экономической эффективности, базирующийся на современных методах технико-экономической оценки вариантов подземного строительства и учитывающий специфику формирования подземного пространства и основные влияющие факторы, определяющие выбор параметров его выработок

4. Разработаны методологические принципы, методика и методы определения рациональных параметров выработок подземных сооружений с учетом способа их использования, применяемых транспортных схем и условий проветривания, включающие порядок и методы определения учитываемых за-

трат в конкурирующих вариантах, базирующаяся на предложенных расчетных формулах для сравнительной оценки экономической эффективности этих вариантов

Научное значение работы заключается в разработке методологии оценки и выбора рациональных параметров выработок подземных сооружений различного назначения, учитывающей особенности данного вида ресурсов, а также горно-геологические и технологические условия, экономические и социально-экологические факторы, методики и критерия сравнительной экономической эффективности вариантов подземного строительства

Практическое значение работы состоит в разработке: методик выбора параметров транспортно-вентиляционных выработок, рациональных транспортных схем и их средств с учетом габаритов и агрегатного состояния перевозимых грузов при формировании грузопотоков подземных сооружений в условиях горной местности, перспективных транспортных схем подземных сооружений в зависимости от способа использования подземного пространства, установлении области эффективного применения вариантов подземного строительства с использованием различных технологических транспортных схем и их средств при формировании грузопотоков с учетом суммарной протяженности транспортных и воздухоподающих выработок, объема технологических камер подземного сооружения

Личный вклад автора состоит в постановке задач, их решении и анализе полученных результатов, в разработке экономико-математических моделей и проведении численных экспериментов; в разработке методов сравнительной экономической оценки параметров выработок подземных сооружений, технологических транспортных схем и их средств, используемых в условиях горной местности.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при выполнении соответствующих разделов программы научно-исследовательских работ по теме № 010602/НИИ "Проведение исследований состава рудничной атмосферы при проходке вскрывающих выработок гор.-420 м Николаевского рудника ОАО "ГМК "Дальполиметалл" Результаты исследований в виде методических рекомендаций и инструкций по обоснованию рациональных параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок подземных сооружений приняты для реализации инсгитутом ОАО "ДальвостНИИпроектуголь" и горно-строительной компанией ООО "ДВГСК-Центр", а так же используются в учебном процессе специальности "Шахтное и подземное строительство" Горного института Дальневосточного государственного технического университета (ДВПИ имени В В. Куйбышева)

ДВГТУ (1994, 1995 rr), научно-технических конференциях "Вологдинские чтения" (ДВГТУ, 1999, 2004 гг), I, II и III международных научных конференциях "Проблемы освоения георесурсов российского Дальнего Востока и стран АТР" (ДВГТУ, 2001, 2002 и 2004 гг.), научном симпозиуме "Неделя горняка" (МГГУ, 2004 г ), научно-практической конференции "Современные проблемы геомеханики, геотехнологии, маркшейдерского дела и геодезии" (СПбГГИ, 2004 г.), научном семинаре в Институте проблем комплексного освоения недр РАН (2005 i ), Круглом столе по проблемам использования подземного пространства Владивостока (ДВГТУ, 2005 г)

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 27 печатных работах, в том числе в двух монографиях (в соавторстве), в изданиях, рекомендованных ВАК - пять

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, изложенных на 250 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 10 таблиц, библиографический список использованной литературы из 140 наименований и 3 приложений

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ИПКОН РАН, члену-корреспонденту РАН, доктору технических наук А А Пешкову, доктору технических наук, профессору Н Г Матвиенко за ценные советы и замечания, научному консультанту, доктору технических наук, профессору А С Воронюку за постоянное внимание, советы на всех этапах проведения исследований и интерес к работе

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Современное состояние проблемы

Активное освоение подземного пространства в промышленных, хозяйственных и социальных целях обуславливает необходимость его глубокого исследования как перспективного вида природных ресурсов.

Основными характеристиками подземных пространств являются их геометрические размеры, месторасположение относительно земной поверхности, физико-механические свойства вмещающих пород, сроки существования и варианты его использования в тех или иных целях По условиям формирования подземные пространства делятся на естественные и техногенные (выработанное пространство горных предприятий, выработки для размещения объектов)

Значительный вклад в изучение и решение проблем освоения естественного и техногенного подземного пространства и строительства подземных сооружений в стране внесли М И. Агошков, Е А Котенко, Б А Картозия, Н Н Мельников, И В. Баклашов, Е В Петренко, А В Корчак, В Н Дублян-ский, Г Н Дублянская, И А Лавров, В Л Попов, М А Иофис, Ю Д Дядькин, Е В Петренко, П Ф Швецов, А Ф Зильберборд, М М Папернов, И Д Насо-

нов, В.А Федюкин, М И Шуплик, С А Ярунин, Г Е Голубев, Е И Шемякин, В Н Скуба, В И Фомичев, И.О Третьяков, В И. Бородин, И В Садардинов и многие другие

Целесообразность освоения подземных пространств и строительства подземных сооружений определяется уровнем социально-экономического развития предполагаемого района строительства, наличием транспортных, энергетических и других инженерных коммуникаций, рельефом местности, горно-геологическими и природными условиями Установлено, что подземное пространство"

позволяет размещать в нем промышленные производства, хозяйственные и социально-культурные объекты,

используется в условиях дефицита пригодных для строительства земельных участков или их высокой стоимости, низкой несущей способности грунтов, в условиях сурового климата;

обеспечивает снижение негативного влияния на окружающую среду любого объекта, контроль и экологическую безопасность вредных производств; обеспечивает формирование стабильных микроклиматических условий, изолировано от различных видов внешних воздействий (шум, вибрация, радиоактивность, сезонные колебания температур и т.д.), способно аккумулировать тепловую энергию;

имеет значительно'больший, по сравнению с поверхностными объектами, срок существования и требует более низких эксплуатационных затрат

Подземное пространство, пригодное для освоения, должно отвечать следующим требованиям:

располагаться в массиве крепких, малотрещиноватых и малообводнен-ных пород, обеспечивающих длительное стояние камер при минимальных затратах на их крепление и обслуживание, иметь ровные почву и борта выработок; обеспечивать необходимые условия проветривания,

обеспечивать доступ в камеры современных транспортных средств и средств доставки,

оборудоваться запасными выходами с механизированными подъемами Существующие методы оценки и выбора конкурирующих вариантов размещения объектов различного назначения в подземных условиях не учитывают особенности формирования подземных пространств Это не позволяет в полной мере и достоверно оценить влияние протяженности и площадей поперечных сечений транспортно-вентиляционных выработок на объемные и компоновочные параметры подземных сооружений, и не дает возможности принимать обоснованные решения при выборе приоритетных направлений освоения геотехногенного подземного пространства, в различного рода проектных проработках

В этой связи возникла необходимость в принципиально новом подходе к обоснованию и выбору параметров выработок подземных сооружений с учетом способа их использования, требований к проветриванию и применяемых транспортных схем и их средств на основе интегральных показателей

Основные задачи исследований

Основными задачами, решаемыми при обосновании вариантов освоения подземного пространства и строительства подземных сооружений в условиях горной местности, являются-

определение целесообразности и порядка освоения подземного пространства или очередности строительства подземных сооружений,

выбор участка недр, пригодного для размещения в нем различного назначения объектов,

выбор способа использования подземных пространств, обоснование параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок с учетом особенностей размещения технологических камер во вмещающем массиве,

формирование технологических транспортных схем в подземных выработках и на поверхности;

установление параметров транспортных систем, применяемых видов, числа и типоразмеров транспортных средств при определении величин грузопотоков подземных сооружений, учитывающих агрегатное состояние и габариты перевозимых грузов,

формирование вентиляционных систем подземных сооружений с учетом способа их эксплуатации, условий и режимов проветривания технологических камер;

обеспечение подземных сооружений запасными выходами, технико-экономическая оценка принятых технологических решений на основе критерия сравнительной экономической эффективности параметров выработок подземных сооружений

Исследование влияния техники и технологий, используемых при различных вариантах использования подземного пространства, свидетельствует о неоднозначности их воздействия на параметры выработок подземных сооружений Многообразие видов транспорта позволяет варьировать параметрами выработок в широких пределах В тоже время, существующие выработки могут ограничивать величины грузопотоков по условиям проветривания или вследствие их недостаточного сечения или значительной протяженности

Сравнение схем подземных сооружений при различных вариациях их выработок с их экономическими показателями свидетельствует о том, что с увеличением протяженности выработок величины грузопотоков для обслуживания подземных сооружений снижаются Уменьшение сечений выработок существенно ограничивает возможность использования высокопроизво-

дительных транспортных средств, кроме того, ведет к увеличению аэродинамического сопротивления сети выработок и ухудшению эксплуатации подземного сооружения В тоже время увеличение доли транспортно-вентиляционных выработок в объеме подземного сооружения ведет к снижению экономической эффективности его эксплуатации, а, следовательно, и конкурентоспособности.

Таким образом, обоснование параметров выработок и подземных сооружений в целом связано с особенностями технологических и физических особенностей их эксплуатации, территориального и взаимного расположения подземных объектов и влияния горно-геологических и природных условий и факторов.

Оценка использования подземного пространства обычно осуществляется без учета технологических процессов по обеспечению их жизнедеятельности, что не дает возможности получить представление об экономических, технологических и экологических последствиях взаимодействия параметров выработок подземных сооружений и их транспортных схем при формировании грузопотоков

Анализ состояния проблемы показывает, что основой установления параметров выработок подземных сооружений с учетом способа их использования, требований к проветриванию, применяемых транспортных схем и средств должны составлять технико-экономические расчеты с использованием получаемой стандартными методами информации

Комплексная инженерно-экономическая оценка

геотехногенного подземного пространства

Подземное пространство является перспективным природным и техногенным ресурсом в практической, хозяйственной и социально-культурной деятельности Однако этот ресурс существенно ограничивается требованиями к объему и качеству подземных полостей, физико-механическим свойствам вмещающего массива горных пород, транспортному обеспечению и проветриванию для конкретного технологического использования Его прирост осуществляется путем активного строительства подземных сооружений различного назначения Вовлечение подземного пространства в хозяйственный оборот приводит к изменению вариантов использования земельных ресурсов Результатом этого является, прежде всего, снижение негативного влияния всех видов деятельности на окружающую среду.

Непрерывное наращивание объемов подземного строительства, специфичность эксплуатации, величины грузо- и пассажирооборота предопределяют выбор мест заложения технологических камер во вмещающем массиве, что оказывает доминирующее влияние на протяженность, площади поперечных сечений и число транспортных, вентиляционных и камерных выработок подземных сооружений

Важным условием эффективного использования подземного пространства является определение его роли в общей системе потребляемых ресурсов С этой целью в работе были рассмотрены особенности формирования подземного пространства, способы его использования и на основе этого сформулированы основные принципы обоснования и выбора параметров выработок подземных сооружений при освоении естественного подземного пространства, выработанного пространства горных предприятий и подземном строительстве

Обоснование и выбор эффективных вариантов параметров выработок подземных сооружений, а так же последующая технико-экономическая оценка принятых решений включают в себя следующее-

1. Изучение и оценку природных, горно-геологических, социально-экономических, экологических и горно-технологических условий предполагаемого района подземного строительства и существующих подземных объектов с целью выработки решения о целесообразности осуществления строительства

2. Установление пригодности естественного или геотехногенного подземного пространства к освоению в промышленных, хозяйственных или социальных целях.

При установлении непригодности имеющихся подземных полостей для вторичного использования или при их полном отсутствии прорабатываются варианты строительства подземных сооружений При этом альтернативным решением является создание засыпных сооружений в складках рельефа местности или подземных камер при формировании отвалов на карьерах.

3. Анализ и оценка параметров существующих выработок с точки зрения способов использования подземного пространства, необходимость их оборудования и переоснащения.

При строительстве подземных сооружений принимаются параметры их транспортных, вентиляционных и камерных выработок с учетом условий проветривания, формирования транспортных схем и соответствующих видов и типоразмеров транспортных средств для их обслуживания

4. Обоснование рациональных транспортных схем на поверхности и под землей при формировании грузопотоков подземных сооружений с учетом габаритов и агрегатного состояния перевозимых грузов.

5. Технико-экономическая и социально-экологическая оценка эффективности принятых решений, включающая в себя учет:

длительных, по сравнению с объектами на поверхности, сроков эксплуатации подземных сооружений,

возможность поэтапного развития подземного сооружения за счет использования дополнительных участков недр по площади и в глубину горного отвода,

высвобождения используемых земельных площадей за счет перевода объектов хозяйственной деятельности в подземные условия, изменение ценности природных ресурсов во времени Для принятия технологически обоснованных решений вариантов освоения подземного пространства были разработаны типовые схемы расположения транспортных, вентиляционных и камерных выработок подземных сооружений в глубину и по площади горного отвода в условиях горной местности. В их основу положен учет природных, социально-экономических, горногеологических и горнотехнических условий, способов использования подземного пространства, принципов формирования транспортных схем на поверхности и в подземных выработках.

Учет вышеизложенных принципов позволил разработать методические основы развития и использования транспортных систем, формируемых при освоении естественного и техногенного подземного пространства и строительстве подземных сооружений (на рис 1) Это позволяет учитывать способ использования подземного пространства, возможные технологические транспортные схемы и их средства для обеспечения подземных сооружений различного назначения.

Обоснование рациональных параметров выработок подземных сооружений с учетом применяемых транспортных схем

Формирование схем подземных сооружений и обоснование параметров их выработок осуществляется с учетом способа использования подземного пространства Это является необходимым условием выбора транспортных схем на поверхности и в подземных условиях для обеспечения грузо- и пас-сажирооборота подземных сооружений под землей и на поверхности. Исходными данными здесь являются величины грузопотоков, агрегатное состояние и габариты перевозимых грузов и принимаемые на основе этого рациональные виды и типоразмеры транспортных средств

Взаимное влияние параметров выработок и применяемых транспортных систем определяется условиями формирования подземного пространства.

При освоении естественного подземного пространства определяющими факторами являются, его природная и социально-культурная ценность; месторасположение относительно существующих транспортных систем и необходимость создания транспортного обеспечения; конфигурация существующих подземных галерей, возможность и целесообразность ее изменения; физико-механические свойства вмещающего породного массива Современный опыт показывает, что необходимость сохранения естественного состояния природных выработок резко ограничивает использование в них современных транспортных средств

При освоении геотехногенного подземного пространства исходными данными для проектирования подземных сооружений являются параметры

Вид подземного пространства_

Цель и способ использования подземного пространства

Обоснование и выбор типовой схемы строительсгеа подземного сооружения_

Установление рациональных параметров тран спорных н камерных выработок_

Технологические транспортные схемы и средства. Обоснование величин грузопотоков

Наливные (жидкие и газообразные)

X ± л.

а. < н

т У т

Без перегрузки ,

Условные обозначения

Виды транспорта Р • рельсовый; А * автомобильный, ППКД • пассажирские подвесные канатные дороги^ ГПКД • грузовые подвесные канатные дороги, МР • монорельсовый, К - конвейерный- Т - трубопроводный

Рис 1 К определению рациональных вариантов транспортных систем подземных сооружений в условиях горной

М(»гтилпти

вскрывающих транспортных и вентиляционных выработок, объемы выработанного пространства, его пригодность для повторного использования и местоположение относительно основных подземных транспортных коммуникаций и в пределах отрабатываемого месторождения

Параметры существующих транспортных выработок подземных рудников предопределяют использование для обслуживания подземных сооружений тех же видов и типоразмеров транспортных средств, что и на горном предприятии В условиях действующего производства обоснование величин грузопотоков и транспортные схемы подземных сооружений определяются с учетом организации транспортных работ на основном производстве и использования единых транспортных выработок для грузопотоков различного назначения В этих условиях эффективность совместной работы подземного сооружения и горного предприятия будет определяться пропускной способностью единой транспортной системы.

Методической основой при обосновании и выборе параметров выработок подземных сооружений являются транспортные схемы и их средства, которые, в свою очередь, принимаются с учетом способа использования подземного пространства, Ееличин грузопотоков и физико-механического состояния перевозимых грузов

На основе принятых технологических решений принимаются, единые под землей и на поверхности транспортные схемы и соответствующие им транспортные средства;

единые под землей и обособленные на поверхности транспортные схемы и средства,

обособленные под землей и единые на поверхности транспортные схемы и средства,

обособленные под землей и на поверхности транспортные схемы и средства Комплексная оценка принятых параметров выработок подземных сооружений и их транспортных систем позволяет установить местоположение по-грузочно-разгрузочных пунктов - на поверхности или в подземных условиях

Технологические параметры транспортных схем являются определяющими при установлении числа и протяженности транспортных выработок подземных сооружений Их соответствие является одним из основных показателей технологического и экологического совершенства производственных процессов подземного объекта

Комплексная оценка влияния горно-геологических и технологических условий на параметры выработок подземных сооружений На размещение подземных сооружений в породном массиве и схему расположения их выработок доминирующее влияние оказывают природные и горно-геологические условия района строительства и технологические требования, предъявляемые к подземным сооружениям

Необходимость размещения подземных объектов в крепких, малотрещиноватых и малообводненных породах, обеспечение микроклиматических условий требуют отнесения технологических камер вглубь вмещающего массива Это приводит к увеличению протяженности транспортных и воздухопо-дающих выработок подземных сооружений, увеличению сроков строительства Для обеспечения грузопотоков подземных сооружений в зависимости от их назначения используется рельсовый, автомобильный, конвейерный или трубопроводный транспорт При этом производительность первых двух видов транспортных средств существенно зависит от их грузоподъемности и числа, а так же резко снижается при увеличении дальности перевозок.

Величина грузопотока подземных сооружений может бьггь оценена с учетом протяженности автотранспортной выработки (штольни, наклонного ствола или съезда).

Рв = 3 3 , т/ч, (1)

^трв

где к - коэффициент неравномерности движения, 0,9-1,1; п - коэффициент, характеризующий загрузку автомобиля, « = 0,5, если грузы перевозятся только в одном направлении (например, подземные хранилища отходов), п = 1 при перевозке грузов в обоих направлениях (подземные склады, холодильники, промышленные предприятия, социальные объекты), ¿трв - протяженность транспортной выработки, км; Ра - грузоподъемность одного автомобиля, т, иа - скорость движения автомобиля, км/ч, Л*., - число автомобилей, движущихся по выработке одновременно в одном направлении

На рис.2 показано изменение величин грузопотоков подземных сооружений для различных по грузоподъемности автотранспортных средств в зависимости от протяженности выработок Следует так же учитывать затраты времени на погрузочно-разгрузочные операции Из рисунка видно, что при увеличении протяженности выработки от 0,5 до 2,0 км величины грузопотока уменьшаются в 4 раза При длине выработки более 2 км снижение величины грузопотока составит около 15 % для всех типоразмеров транспортных средств

Увеличение грузопотоков подземных сооружений путем использования транспортных средств увеличенной грузоподъемности ограничивается величинами сечений выработок в свету. В тоже время увеличение объемов транспортных выработок негативно сказывается на экономической эффективности и жизнеспособности подземного объекта.

Целесообразность проведения транспортных и вентиляционных выработок с увеличенными параметрами определяется назначением подземного сооружения, его объемами и перспективами поэтапного расширения с целью удовлетворения возрастающих потребностей в подземном пространстве

0. т/ч

Рис 2 Графики изменения пропускной способности автотранспортных выработок в зависимости от их протяженности и грузоподъемности транспортных средств

/-Зт, 2-5 т, 3-7 т; 4-10 т, 5—12 т, 6-15 т, 7—20 т

На рис.3 приведены данные о соотношении объемов транспортных и камерных выработок подземных сооружений Из рисунка видно, что доля транспортных выработок опасных производственных объектов (атомные электростанции, хранилища радиоактивных отходов) в большинстве случаев существенно больше, чем хозяйственных Это позволяет говорить о наличии критического соотношения объемов вспомогательных и камерных выработок подземных сооружений, превышение которого может негативно сказаться на жизнеспособности подземного объекта, особенно в условиях нестабильной экономической ситуации

Установлению рационального размещения подземного сооружения во вмещающем породном массиве предшествует оценка горно-геологических условий района строительства и технологических параметров производственных или хозяйственных процессов

Камерные выработки

Транспортные выработки

Рис 3 Распределена объемов транспортных и камерных выработок подземных сооружений, расположенных в условиях горной местности

1-6 - подземные атомные станции (данные Е А Котенко) 1 - ПАТЦ "РУТА", 2 -ПАС "РУТА" с двумя реакторами, 3 - ПАЭС шахтного типа с подходными наклонными выработками, 4 — комплекс ПАЭС-ГАЭС, 5 - комплекс ПАТЭС г Белгород тоннельного типа, 6 - ПАЭС для Приморского края, 7- подземный холодильник г. Нит-теидаль (Норвешя); 8 — подземное фруктохраншшще в Грузии, 9 - товарный склад в г Осло (Норвегия), 10 — хранилище радиоактивных отходов по проекту Теа'в для Ленинградской области, 11 - подземный культурный центр со спиральным съездом в г Драммен (Норвегия)

Особенности рельефа местности оказывают влияние на выбор обеспечивающих подземный объект выработок и их параметры. Наиболее технологичными транспортными выработками для обслуживания подземных сооружений являются штольни и наклонные стволы (автотранспортные съезды).

Технологически протяженность штольни складывается из двух участков, длины которых зависят от угла наклона горного склона, высоты технологи-

ческих камер и требуемой глубины заложения (высоты предохранительного целика) подземного сооружения от земной поверхности

По условиям обеспечения в подземном сооружении постоянного микроклимата, защиты от внешних вибраций и других факторов во всем мире принята минимальная мощность предохранительной толщи горных пород над подземными камерами 40-60 м. В мировой практике в большинстве случаев мощность предохранительного целика над подземными сооружениями составляет не менее 100-120 м

Соблюдение этого технологического параметра требует при благоприятном рельефе местности проведения штолен значительной протяженности В условиях слаборасчлененного рельефа в качестве основных транспортных выработок используются наклонные стволы и съезды В соответствии с условиями размещения камерных выработок во вмещающем массиве и способом их использования принимаются транспортные схемы, типы и грузоподъемность их средств, отвечающие условиям производственной или хозяйственной деятельности

Строительство подземных холодильников целесообразно на границе годовых колебаний температур При меньшей глубине заложения возможны нерациональные потери холода в летний период времени С увеличением глубины растет внутренняя температура горных пород вмещающего подземное сооружение массива Это так же ведет к непроизводительным потерям энергии. Обеспечение оптимального режима эксплуатации подземного сооружения требует выбора места его размещения в породном массиве, при котором протяженность транспортных выработок будет минимальной.

Так же на выбор типа и протяженность транспортных выработок оказывает влияние высота технологических камер. При строительстве камер увеличенной высоты или многоярусных подземных сооружений их располагают на значительном удалении от поверхности по площади горного отвода (при проведении штолен) или в глубину (при обеспечении доступа в подземное пространство по наклонным стволам и автотранспортным съездам)

Общая протяженность транспортной выработки штольни ¿трв складывается из двух участков - /, и /2 (см. рис 4) Протяженность участка /, зависит от высоты подземной технологической камеры и угла наклона горного склона. На длину участка /2 помимо рельефа местности оказывает влияние такой технологический фактор, как требуемая глубина заложения подземного сооружения от земной поверхности

Из рис 4 видно, что для сохранения требуемой высоты целика при увеличении высоты технологической камеры требуется размещение подземного сооружения на большем расстоянии от земной поверхности по площади горного отвода В этих условиях увеличивается протяженность участка тракс-

Рис 4 Определение протяженности транспортной выработки подземного сооружения в зависимости от крутизны склона в условиях горной местности

£тр*» А'тр в - протяженность транспортной выработки при высоте технологических камер Нк и Нк соответственно, /,, Л - участок транспортной выработки, зависящий от крутизны склона, 'ъ Л> - участок транспортной выработки, зависящий от высоты камеры и мощности предохранительного целика Нт Д /7 - углы наклона горного склона при различных вариантах строительства

портной выработки /, Изменение высоты целика Яц над подземным сооружением влияет на протяженность участка транспортной выработки /2.

Зная характер рельефа местности в районе подземного строительства и требуемую величину породного целика над технологическими камерами, минимальную протяженность транспортной выработки - штолъни можно определить по формуле

¿трв=Ни/зт0 + НкЦё/3, (2)

где ¿тр в " протяженность транспортной выработки - щтольни, м, Яц - высота нагорной части массива (целика) над подземным сооружением, м, Нк -высота камеры, м, р - средняя крутизна склона, градус.

Протяженность наклонной транспоотной выработки - автотранспортного съезда, конвейерного ствола определится по формуле.

L^.^HJsm/3+H./tgfi] / cos а , м, (3)

где а - угол наклона выработки, градус

Протяженность горизонтальной транспортной выработки можно определить по предлагаемой номограмме (рис 5) Зная высоту подземной камеры и угол наклона горного склона, из которого предполагается осуществить проходку основной транспортной выработки подземного сооружения, можно установить длину участка (правая часть номограммы) Учет мощности породного массива над подземным сооружением и угла наклона горного склона позволят получить протяженность выработки /2, которую необходимо пройти для обеспечения необходимой мощности предохранительного целика (нижняя часть номограммы) Пересечение продолжений участков транспортной выработки (штольни) /, и /2 покажет суммарную протяженность подходной выработки подземного сооружения LTpB (см направление стрелок и левую часть рис.5)

Обоснование параметров транспортных выработок с учетом проветривания подземного сооружения

Комплексная оценка условий проветривания подземных объектов включает в себя разработку на стадии проектирования вариантов схем транспортных, вентиляционных и камерных выработок с учетом их параметров, взаимного расположения относительно земной поверхности и друг друга, способа использования подземного пространства, применяемых транспортных схем, видов и типоразмеров их транспортных средств

Вопросам проветривания подземных пространств горных предприятий и подземных сооружений различного назначения посвящены труды А.А Ско-чинского, JI Д Шевякова, В Н Воронина, К 3 Ушакова, К И Татомира, Б А Картозия, А С Бурчакова, JI.A. Пучкова, А.Т Айруни, А Э. Петросяна, Н Г Матвиенко, Ф С Клебанова, В.И. Фомичева, И И. Медведева и многих других.

Анализ условий проветривания значительного числа подземных сооружений, создаваемых в естественном и техногенном подземном пространстве, горнодобывающих предприятий и подземных сооружений, строящихся обособленно в породном массиве, показал, что основными схемами их проветривания являются фланговые и комбинированные При этом виц и способ использования подземного пространства оказывают существенное влияние на выбор расположения технологических камер в подземном пространстве, а, следовательно, и на параметры транспортных и вентиляционных выработок

Угол наклона горного склона |5, градус Нц

Рис 5 Номограмма определения протяженности транспортной выработки (штольни) при строительстве подземного сооружения в условиях горной местности

При освоении естественного подземного пространства изменение конфигурации существующих галерей и залов и организация принудительного проветривания зачастую недопустимы, так как это ведет к увеличению интенсивности выветривания горных пород, снижению их устойчивости, потере их культурной ценности

При совместной разработке месторождений полезных ископаемых и эксплуатации подземного сооружения большое значение имеют существующие схема вскрытия месторождения полезных ископаемых, параметры вскры-

вающих и вентиляционных выработок, применяемые схемы транспортирования горной массы под землей и на поверхности. Определяющим фактором при выборе места расположения камер подземных сооружений являются физико-механические свойства пород вмещающего массива и используемые в подземных условиях транспортные средства и средства доставки При наличии на горном предприятии самоходного оборудования в транспортной системе подземного сооружения задействуются выработки с исходящей струей воздуха. При использовании рельсового транспорта формируется единая транспортная схема рудника и подземного сооружения Необходимость проветривания дополнительных объемов подземных пространств ведет к увеличению нагрузки на единую вентиляционную систему.

Подземные сооружения, в отличие от горных предприятий, характеризуются постоянным объемом проветривания в течение всего срока эксплуатации, кроме времени на их реконструкцию и поэтапное развитие

По своей сути многие из них представляют собой одиночные выработки переменного сечения, расширения которых используются для ведения промышленной или хозяйственной деятельности

В зависимости от способа использования подземного сооружения требуется обеспечение в подземных камерах постоянного микроклимата при минимальном воздухообмене (например, подземные холодильники, хранилища нефтепродуктов, радиоактивных отходов) или интенсивное проветривание (промышленное производство, склады товарной продукции, социальные объекты и другое). В связи с этим на подземных сооружениях конструктивно применяются фланговые и комбинированные схемы, которые обеспечивают обособленное проветривание транспортных выработок и технологических камер Объемы подаваемого в подземное сооружение свежего воздуха соответствуют нормативной скорости воздухообмена в технологических камерах Основным видом транспорта для обеспечения подземных объектов является автомобильный, как наиболее мобильный, маневренный и приспособленный для работы в горной местности и в городских условиях Использование этого вида транспорта в подземных выработках требует подачи значительного количества свежего воздуха

Эффективность проветривания подземного сооружения определяется аэродинамическим сопротивлением воздухоподающей выработки, которое, в свою очередь, зависит от поперечного сечения выработки в свету и ее протяженности Аэродинамическое сопротивление возрастает с увеличением длины выработки и снижается при увеличении ее сечения в свету. Учет этого технологического фактора при выборе глубины заложения технологических камер по площади и глубине горного отвода необходим для обеспечения требуемой скорости воздухообмена

Применяемые при строительстве и эксплуатации подземных сооружений схемы проветривания позволяют решить задачу определения параметров

транспортно-вентиляционных выработок на основе методик, разработанных применительно к одиночным выработкам В результате нами была установлена зависимость условий проветривания подземных сооружений от протяженности и сечения в свету их воздухоподающих выработок

_ 3,85 10~352У^

— г , (Ч^

А а

где /, — протяженность воздухоподающей выработки, м, 5 - сечение выработки в свету, м2, А — эквивалентное отверстие, м2; а - аэродинамическое сопротивление фения, Н с2/м4

Графики на рис.6 иллюстрируют изменение условий проветривания выработок различного сечения в свету в зависимости от протяженности при величинах эквивалентного отверстия А , равных 1 и 2 (являющихся критериями проветриваемости для горных предприятий и подземных сооружений) При А <1 предприятия характеризуются сложными условиями проветривания, при 1<А <2 — средними условиями Таким образом, полученные области соответствуют трудным, средним и легким условиям проветривания.

Как видно из графиков рис 6, для обеспечения легких условий проветривания протяженность горизонтальной транспортной выработки сечением в свету 16 м2 не должна превышать 1050 м При более глубоком заложении подземного объекта (по площади горного отвода) необходимо принимать выработки увеличенною сечения в свету или проходить дополнительные воздухоподающие выработки

Показатели полезного использования подземного пространства и оценка их воздействия на параметры выработок подземных сооружений

Параметры камерных выработок подземных сооружений устанавливаются с учетом способа использования подземного пространства и происходящими в них производственными или хозяйственными процессами Конструктивной особенностью высоких камер является разделение их по высоте на технологические этажи — ярусы Высота яруса определяется способом использования подземного пространства и принимается для складов товарной продукции и подземных холодильников — 4,1-6,7 м, подземных музеев — 4,0 м, архивов и стоянок легковых автомобилей - 2,25 м Необходимость сооружения высоких камер также обусловлена отсутствием достаточного по площади участка породного массива с требуемыми для подземного строительства физико-механическими свойствами

Заглубление почвы камерных выработок ниже уровня поверхности при условии сохранения технологичных высокопроизводительных транспортных систем предполагает проведение наклонных транспортно-вентиляционных выработок, соединяющих между собой все технологические ярусы подземно-

5ООО 10000 15000 1> м

Длина воздухо подающей выработки, м

- легкопроветриваемое подземное сооружение

- среднепроветриваемое подземное сооружение

- труднопроветриваемое подземное сооружение

Рис 6 Области условий проветривания подземных сооружений в горной местности при испочьзовании в качестве основных транспортно-вентиляционных выработок штолен, наклонных стволов и съездов

го сооружения. В результате с увеличением высоты камер возрастает суммарная протяженность транспортных выработок подземного сооружения. Для снижения аэродинамического сопротивления вентиляционной сети подземного сооружения может возникнуть необходимость в проведении выработок увеличенным сечением

Анализ экономико-математических моделей показывает, что одним из основных технологических критериев является распределение подземного пространства между отдельными типами вырабоюк Поэтому при обосновании параметров этих выработок следует учитывать число этажей и используемую полезную площадь в технологических камерах Выбор рациональной

высоты технологической камеры (яруса, этажа) с учетом способа использования подземного пространства позволяет повысить коэффициент использо-вант объема подземного пространства В результате появляется возможность определения рациональной суммарной протяженности и площадей поперечного сечения выработок подземных сооружений, что обеспечивает принятие наиболее рациональных в конкретных природных условиях компоновочных решений

Коэффициент использования площади одноярусных технологических камер определяется необходимостью обеспечения в них проходов для перемещения людей и погрузочно-доставочного оборудования, технологических зазоров с учетом соблюдения требований Правил безопасности.

кя=(Бя-ЯТУБя, (5)

где ,*>„ - общая площадь технологических камер подземного сооружения в пределах этажа - яруса, м2, 5Т - площадь технологических камер, используемая для проезда транспорта, прохода обслуживающего персонала, установку вспомогательного оборудования и другого, м2.

Число ярусов устанавливается на стадии проектирования. Зная назначение каждого из этажей подземного сооружения, определяют их высоту и высоту технолопгческой камеры в целом

"к=1А. (6)

/=1

где НК - высота технологической камеры, м; /гЯ) - высота / -того яруса с

учетом высоты перекрытий, м, п - число ярусов

Коэффициент использования объема многоярусного подземного сооружения определится по формуле

К = Нк £(?, -5Т), /(ЛЯСР5Х> ' ;=1 / /=1

где - средняя высота яруса — этажа в подземном сооружении, м, БЯ1 -

площадь »-того яруса, м2

Учет этого показателя в технико-экономических расчетах позволяет более обоснованно принимать глубину заложения подземных камер по площади горного отвода и соответствующие этой глубине и объему технологических камер число, протяженность и сечения транспортно-вентиляционных выработок подземных сооружений

Методические основы определения сравнительной экономической эффективности параметров выработок подземных сооружений Полученные результаты — параметры выработок подземных сооружений, основанные на учете горно-геологических, социально-экономических, технологических и экологических условий и факторов не позволяют осуществить реализацию принятых решегшй без их технико-экономической оценки Это, в свою очередь, требует обоснования полученных данных и выбора наиболее приемлемых в конкретных горно-геологических условиях параметров выработок на основе общепринятых экономических критериев

Для решения этой задачи автором разработаны экономико-математические модели и метод сравнительной экономической эффективности, базирующийся на результатах исследований и современных методах экономической оценки инвестиционных проектов, с использованием разработанных в диссертации методов обоснования и выбора параметров выработок подземных сооружений

Компьютерные модели, имитирующие взаимодействие различных по назначению и параметрам выработок подземных сооружений и вариантов современных транспортных схем и их средств, объединены в единую систему автоматизированных расчетов Система представляет собой интегрированную среду, включающую ряд взаимосвязанных функций и показателей, служащих для обработки информации о количественных и качественных параметрах подземных сооружений с учетом их транспортных систем. Входящие в состав экономико-математической модели модули содержат математическое обеспечение, позволяющее производить расчеты величин капитальных и эксплуатационных затрат, характерных для подземных сооружений и отличающихся по вариантам строительства. При решении задачи учитывались способы управления конструктивными параметрами выработок подземных сооружений за счет изменения стратегии их освоения, таких как вид осваиваемого подземного пространства и способ его использования, момент начала эксплуатации, порядок и этапность строительства и ввода в эксплуатацию, взаимное влияние подземного сооружения и горного предприятия при освоении выработанного пространства.

В современных экономических условиях в качестве основного критерия экономической эффективности капитальных вложений используется критерий "чистый дисконтированный доход" (ЧДД). Этот показатель характеризует величи1!у прибыли, полученной за установленный инвестором расчетный период возврата инвестиций (окупаемости капитальных вложений) В качестве дополнительного критерия в экономике принята ы.утренняя норма дохода (ВНД) На основе этих критериев автором разработан метод сравнительной экономической эффективности параметров выработок подземных сооружений с учетом применяемых технологических транспортных схем для фор-

мирования их грузопотоков Так же рассматривались варианты строительства аналогичных по назначению объектов на земной поверхности с целью установления минимальной экономической эффективности, при которой целесообразно строительство подземных объектов

Оценка и выбор вариантов подземного и поверхностного строительства с учетом технологических транспортных схем за расчетный период времени производится по условию

ЧДЦ-> так, ЧДДт:о> ЧДДтъ при 5под, ( Кпода) = 5П0В ( Упову=соШ, А =соп$1 Здесь ЧДДП0!О и ЧДЦП0В - чистый дисконтированный доход при подземном и поверхностном строительстве соответственно, руб . 5подз (Гпода), 5пов (К,ов) — площадь (объем) подземного и поверхностного объекта промышленного, хозяйственного или социального назначения, м2; А - величины грузопотоков по поверхности и подземным выработкам, тыс. т/год

Капитальные затраты на строительство и техническое оснащение объекта на земной поверхности определятся из выражения

Кпт =(К3+Кгк +Кпп+Кгя + К^ + КТО)(1+£„,)*, (8)

где Клов - суммарные капитальные затраты на строительство и техническое оснащение поверхностного сооружения, руб, К^, Ктк, Кпп, Кга, А"тсх , Кт - соответственно капитальные затраты на приобретение земельного отвода в собственность под строительство технологического комплекса, транспортных коммуникаций, погрузочно-разгрузочного пункта, строительство транспортных коммуникаций, погрузочно-разгрузочного комплекса; зданий и сооружений основного производственного назначения, вспомогательного назначения; приобретение технологического оборудования и транспортных

средств, руб Коэффициент (1 + £К()' характеризует сложный процент за

пользование предоставленными кредитами

Затраты, относимые на себестоимость продукции (включаемые в арендную плату при предоставлении полезных площадей сторонним пользователям) при эксплуатации объекта на земной поверхности

(9)

Здесь Спк - суммарные эксплуатационные затраты, руб/год, С,, Стк,

Спп, Сзд, С1ех , Сто - затраты за пользование земельным участком (при его

аренде) и природоохранительные мероприятия, обслуживание и содержание транспортных коммуникаций, погрузочно-разгрузочного комплекса, зданий и сооружений основного технологического комплекса, вспомогательных

объектов; обслуживание транспортных средств, средств доставки и вспомогательного оборудования, руб./год

Капитальные затраты на строительство и техническое оснащение подземного сооружения определятся из выражения-

■^подз = (К, + кт к + Кпп + Кпов к + К^ В+Ктюш + А'то)(1 + £К;)', (10)

где А'подз - суммарные капитальные затраты на строительство и оснащение

подземного сооружения, руб, К3, Ктк, Кпп, Кповк, Ктрв, Кткгм, Кт -

капитальные затраты на приобретете земельного отвода, строительство технологического комплекса поверхности, погрузочно-разгрузочного комплекса; промплощадки; проведение транспортных (штолен, тоннелей, наклонных стволов и съездов), вентиляционных и вспомогательных выработок, создание запасных выходов; строительство технологических камер; приобретение технологического оборудования и транспортных средств, руб.

Затраты, относимые на себестоимость продукции (включаемые в аренду при предоставлении подземных площадей в пользование сторонним организациям) при эксплуатации подземного сооружения рассчитываются по формуле:

^поде = С3 +Ст к "^^-"пп к ^тр в "^^ткам ^то 0 0

Здесь Сподз - суммарные эксплуатационные затраты на обслуживание

подземного сооружения, руб/год, С3, Схк, Спп, Спояк, Стрв, Сткам, Сто -

затраты за пользование землей (при долгосрочной аренде), обслуживание транспортных коммуникаций, погрузочно-разгрузочного комплекса (при его строительстве на земной поверхности); объектов промплощадки, транспортных выработок (штолен, тоннелей, наклонных стволов и съездов), технологических камер (в том числе погрузочно-разгрузочного комплекса при его подземном размещении); транспортных средств, средств доставки и технологического оборудования, руб /год

Капитальные затраты на приобретение земельного отвода определяются по формуле-

к3~ц3 ±б3 Д , (12)

<=1 /

где Ц3 - стоимость единицы земельного участка в районе строительства, руб /га, руб./м2, 53 - площадь застройки, га, м2, к3 - коэффициент использования (застройки) территории. Принимается равным 0,25-0,35 в зависимости от рельефа местности и принятых планировочных решений

Эксплуатационные затраты при долгосрочной аренде земельного участка

= (13)

/=1 /

где Ца з - стоимость аренды 1 м2 земельной площади в год, руб.

Следует отметить, что при строительстве подземных сооружений приобретение земельного участка в собственность является предпочтительным вследствие длительных сроков их эксплуатации (200-500 лет)

Технико-экономические расчеты выполнялись практически во всем диапазоне используемых в настоящее время величин подземных пространств — от 5000 до 133000 м3 Протяженность выработок подземных сооружений принималась в диапазоне от 50 до 1000 м, сечения выработок — от 6,5 до 50 м2 с учетом типовых величин для горной промышленности

В результате выполнена количественная технико-экономическая оценка вариантов строительства подземных сооружений с учетом различных сечений транспортных выработок „ и их протяженности Ь^ в

Рассматривались варианты подземных сооружений с различными по протяженности и сечениям выработками с использованием железнодорожного транспорта нормальной колеи в горизонтальных выработках (штольнях, тоннелях) сечением до 50 м2; крупнотоннажного автомобильного транспорта в горизонтальных (штольнях, тоннелях) и наклонных выработках (съездах) сечением до 30 м2; самоходного оборудования, малотоннажного автотранспорта в горизонтальных и наклонных выработках сечением 16-17 м2; рельсового (в горизонтальных), монорельсового, конвейерного и трубопроводного транспорта в горизонтальных и наклонных выработках сечением 6,0-7,5 м2.

На рис.7 показана зависимость величин чистого дисконтированного дохода от суммарной протяженности транспортно-вентиляционных выработок при различной площади (объеме) подземных сооружений

Как видно из графиков на рис 7, для всех подземных сооружений в рассматриваемом диапазоне площадей при суммарной протяженности транспортных выработок от 50 до 1000 м величина суммарного чистого ЧДЦ^езко снижается.

Следует отметить незначительное влияние сечений транспортно-вентиляционных выработок протяженностью до 50 м на экономическую эффективность работы подземных сооружений Это обусловлено тем, что при рассматриваемой протяженности выработок в них используют средства доставки

При увеличении сечения выработки увеличиваются капитальные вложения на их проведение и эксплуатационные затраты на обслуживание. Поэтому для подземных сооружений с выработками 5,трв=24 м2 и их суммарной протяженности до 1000 м величина ЧДЦ за расчетный период эксплуатации будет ниже, чем при проведении выработок в=б,0 м2

Установлено, что для обеспечения экономически эффективной работы подземного сооружения объем транспортных, вентиляционных, запасных выходов и иных вспомогательных выработок должен составлять до 15-20 % от общего объема подземного пространства во всем рассматриваемом диапа-

ЧДД, млн руб 40

8=6,0 кв м

8=24 кв м 8=6,0 кв.м

1000 ЬгРв,м

8=6,0 кв м 8=24 кв м

8=50 кв м 8=24 кв.м

8=50 кв.м

8=50 кв м

--Площадь (объем) камеры 1000 кв.м (5420 кб.м)

___Площадь (объем) камеры 10000 кв.м (53200 кб.м)

---Площадь (объем) камеры 25000 кв.м (133000 кб.м)

Рис 7 Графики зависимости величин ЧДД за установленный период возврата инвестиционных вложений в строительство подземных сооружений в условиях горной местности от сечения транспортных выработок

зоне 5подз (Упого) Доля транспортных выработок в объеме подземных сооружений может быть увеличена при использовании добытой горной массы в качестве строительного материала (например, подземный комплекс г. Драм-мен в Норвегии) или с учетом специфических особенностей использования подземного пространства (хранилища радиоактивных отходов, научно-исследовательские объекты, подаемные атомные электростанции и другое опасное производство)

По результатам сравнительного технико-экономического анализа были установлены области экономически эффективного использования подземных сооружений при различных вариантах величин конструктивных параметров их выработок в сочетании с рациональными технологическими транспортными схемами и их средствами (рис 8)

При построении графиков на рис.8 учитывались следующие основные факторы по оси абсцисс - суммарная площадь .!>пода (объем Кподз) технологических камер подземного сооружения в диапазоне от 1000 до 25000 м2, по оси ординат — протяженность транспортных выработок Ьтрв - от 50 до 1000 м с

учетом их сечений в

Области эффективного применения вариантов конструктивных параметров транспортных выработок в зависимости от объема подземного сооружения, применяемых технологических транспортных схем и их средств представляются в виде определенных площадей в зависимости от величин влияющих факторов Бполз и при различных сочетаниях остальных

влияющих факторов

Из графиков на рис 6 видно, что вариант строительства подземных сооружений в условиях горной местности площадью 1000 м2 с использованием на поверхности различных видов внешнего транспорта (железнодорожного, автомобильного, конвейерного, трубопроводного, подвесных грузовых и пассажирских подвесных дорог) и проведением транспортных выработок сечением в свету 6,0 м2 с использованием в них рельсового, конвейерного или трубопроводного транспорта целесообразно применять при суммарной протяженное™ выработок 250-300 м

При 5пода до 7000 м2 и более экономически оправданной будет ¿^ „ до

1000 м

Суммарная протяжешюсть транспортных выработок подземного сооружения в условиях горной местности может достигать 1000 м при Бтрв =7,5 м2 и

площади (объеме) технологических камер не менее 8000 м2, при 5трв =16,0 м2

и 5П0ДЗ =14500 м2, 5трв =24,0 м2 и 5ПОДЗ=21500 м2 Для подземных сооружений

Труднопроветриваемые Среднепроветриваемые Легкопроветриваемые

10 15

53,2 79,8

Площадь (объем) подземного сооружения

106,4

А- /

- Поверхностные сооружения