Обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов карьеров

Колонюк, Александр Анатольевич

Автореферат диссертации по теме "Обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов карьеров"

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

Колонюк Александр Анатольевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И РАЦИОНАЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ РАСКОНСЕРВАЦИИ ВРЕМЕННО НЕРАБОЧИХ БОРТОВ КАРЬЕРОВ

Специальность: 25.00.22 -«Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 2005

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Гавришев Сергей Евгеньевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Рыльникова Марина Владимировна

кандидат технических наук Лапаев Василий Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Александринская горнорудная компания»

Защита диссертации состоится «8» декабря 2005 г в 13 30 ч на заседании диссертационного Совета Д 212.111.02 при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал. Факс (3519) 29-84-26, 23-57-60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова.

Автореферат разослан « » ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

2006J_ tr* ex.

ИМ 1

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Свыше 95 % карьеров глубиной более 150 м отрабатываются с использованием временно нерабочих бортов (ВНБ). Регулирование объемов вскрышных работ за счет формирования ВНБ является экономически целесообразным. Однако применение ВНБ увеличивает жесткость связи между вскрышными и добычными работами в карьере. Пракшка работы карьеров показывает, что колебание цены и спроса на минеральное сырье и нестабильность в горнодобывающей отрасли нередко приводит к несвоевременной расконсервации ВНБ и соответственно к снижению производственной мощности по полезному ископаемому.

Применяемые на большинстве карьеров способы расконсервации ВНБ с поочередной подготовкой рабочих уступов отличаются относительной дешевизной, но не всегда обеспечивают своевременную подготовку добычных горизонтов. Традиционные конструкции ВНБ обеспечивают регулирование коэффициента вскрыши и не учитывают последующий способ расконсервации. Использование конструкций и способов расконсервации ВНБ с учетом их взаимного влияния и наличие единого подхода к оценке технико-экономических показателей способов расконсервации при различных конструкциях нерабочих бортов позволят в полной мере использовать преимущества ВНБ и повысить эффективность работы предприятия в изменяющихся рыночных условиях.

Эффективная работа горнодобывающего предприятия в рыночных условиях возможна при обеспечении текущей производительности карьера по полезному ископаемому с минимальными затратами на выемку вскрышных пород. Для этого необходимо формировать и своевременно расконсервировать ВНБ, используя экономически целесообразные способы и конструкции. Поэтому обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации ВНБ представляет собой актуальную научно-практаческую задачу.

Цель работы. Обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов карьеров для регулирования текущей производительности по полезному ископаемому.

Идея работы. Регулирование текущей производительности карьера по полезному ископаемому обеспечивается применением различных способов расконсервации временно нерабочих бортов с учетом удельных затрат на вскрышные работы.

Объект исследования - участки бортов карьера, находящиеся во временно нерабочем положении.

Основные задачи исследований:

1. Анализ развитая горных работ при формировании ВНБ в карьере и состояния современной методической базы по способам расконсервации ВНБ.

2. Исследование влияния конструкций и способов расконсервации ВНБ на изменение скорости расконсервации ВНБ и величину удельных затрат на вскрышные работы.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ Г БИБЛИОТЕКА I

чшИ +

3. Обоснование технологических параметров и условий применения конструкций и способов расконсервации ВНБ.

4. Разработка математической модели для выбора оптимального способа расконсервации ВНБ.

5. Разработка методики управления скоростью расконсервации ВНБ для выбора рациональной последовательности расконсервации нерабочего борта и обеспечения текущей производительности карьера.

6. Технико-экономическая оценка способов расконсервации ВНБ.

Научные положения, представленные к защите:

1. Конструкцию и способ расконсервации ВНБ необходимо определять совместным решением задач обеспечения расчетной скорости расконсервации, текущей производительности карьера по полезному ископаемому и минимума удельных затрат на вскрышные работы для достижения максимального экономического эффекта при разработке карьера с ВНБ.

2. Управление подготовкой добычных горизонтов достигается рациональной последовательностью расконсервации ВНБ, определяемой параметрами рабочего и нерабочего бортов, коэффициентом сброса горной массы.

3. Разработка и применение технологических схем комплексной механизации, позволяющих возобновлять горные работы одновременно по всей высоте ВНБ, исключает последовательный порядок расконсервации уступов и обеспечивает ускоренный доступ к полезному ископаемому в основании ВНБ.

Научную новизну работы составляют:

1. Зависимости удельных затрат на выемку вскрышных пород и скорости расконсервации ВНБ от результирующего угла и способа приведения ВНБ в рабочее положение.

2. Классификация способов расконсервации ВНБ по размещению взорванной горной массы в выработанном пространстве карьера, которая отражает основные технологические характеристики и область применения способов расконсервации ВНБ.

3. Оптимизационная математическая модель выбора способа расконсервации ВНБ с учетом его конструкции на основе согласования расчетной скорости расконсервации и минимума удельных затрат на вскрышные работы.

Методы исследований включают: анализ и обобщение проектной документации и научно-технической литературы; аналитическое и горногеометрическое моделирование; методы математической статистики, экономико-математическое моделирование, метод технико-экономического анализа.

Достоверность научных положений обосновывается сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с практикой эксплуатации карьеров и результатами других исследований.

Практическая значимость работы:

1. Обоснованы технологические параметры и условия применения

конструкций и способов расконсервации ВНБ для решения прямой и обратной

(

задач: выбор способа расконсервации для имеющейся конструкции ВНБ; выбор конструкции ВНБ для последующего способа расконсервации.

2. Разработаны методика и алгоритм управления скоростью расконсервации ВНБ, использование которых позволяет корректировать и обеспечивать текущую производительность карьера по полезному ископаемому в условиях рынка.

3. Разработаны технологические схемы комплексной механизации, позволяющие возобновлять горные работы одновременно по всей высоте ВНБ без выполаживания, что исключает последовательный порядок расконсервации уступов и обеспечивает ускоренный доступ к полезному ископаемому в основании ВНБ.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности по руде карьера «Малый Куйбас» (ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат») в условиях его реконструкции.

Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004 г.); 63-й научно-технической конференции по итогам НИР, (Магнитогорск, 2004 г.); научно-технической конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов» (Магнитогорск, 2004 г.); молодежной научно-практической конференции «Уральская горнопромышленная декада» (Екатеринбург, 2005 г.); «Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения» (Учалы, 2005 г.); на технических совещаниях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»; на заседаниях кафедры ОРМПИ Ml "ГУ; на научно-технических семинарах факультета горных технологий и транспорта МГТУ.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в б печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 130 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 102 наименований и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено актуальности выбранной темы, общей характеристике работы.

В первой главе проведен анализ развития горных работ при формировании ВНБ в карьере и состояния современной методической базы по способам расконсервации ВНБ; определены задачи, решение которых позволит повысить эффективность использования ВНБ.

В настоящее время практически на всех карьерах глубиной 150 м и более, разрабатывающих крутопадающие месторождения полезных ископаемых, сформированы временно нерабочие борта (ВНБ). Размеры

отдельных временно нерабочих зон на крупных карьерах достигают 200 м по высоте и 1000 м в длину.

Вынужденное невыполнение проектных объемов вскрышных работ и стихийное создание ВНБ в карьерах произошло в результате перехода к рыночным отношениям. Кроме того, многие карьеры при эксплуатации претерпели ряд реконструкций, в процессе которых были пересмотрены предельные контуры. Работы по разносу борта, поставленного на предельный контур, аналогичны работам по расконсервации ВНБ.

Плановое использование ВНБ осуществляется при этапной отработке месторождения и при отработке карьера зонами концентраций горных работ, (рис. 1). Теоретические основы планирования и регулирования текущих объемов вскрыши за счет формирования в карьере временно нерабочих бортов разработаны в трудах А.И. Арсентьева, С.С. Аршинова, Ж.В. Бунина,

С.Е. Гавришева, В.А. Галкина, С. В. Корнилкова, В.П. Линева, Н.В. Мельникова, Б. К. Оводенко, В.В. Ржевского, С.Б. Рубинштейна, B.C. Хохрякова, Б.П. Юматова и других ученых.

Значительная часть публикаций ученых посвящена оптимизации объемов вскрышных пород, консервируемых в контурах карьера, и установлению зависимостей между скоростью расконсервации ВНБ и динамикой добычных работ.

Учеными установлено, что при использовании ВНБ взаимосвязь между горными работами во вскрышной и добычной зонах становится значительно жестче, чем при равномерном развитии рабочей зоны карьера. Отклонение от расчетной скорости расконсервации ВНБ становится причиной снижения производственной мощности карьера по полезному ископаемому. Таким образом, своевременная расконсервация ВНБ на карьерах остается одной из наиболее острых проблем.

Существующая научно-методическая база позволяет конструировать ВНБ и использовать классический (поуступный) способ расконсервации, обеспечивающий скорость понижения горных работ гтри расконсервации в пределах 15-60 м/год. При высоте ВНБ 150 м и более расконсервация длится несколько лет. Достижение скорости расконсервации ВНБ свыше 150 м/год возможно при увеличении угла рабочего борта и частичном сбросе взрываемой горной массы в выработанное пространство карьера. Однако использование таких способов расконсервации приводит к увеличению расстояния транспортирования и росту затрат на вскрышные работы.

Рис.1. Борт карьера с участками ВНБ: А-Р - борт карьера; 1-2 - этапы отработки; АВ, СБ, ЕР - участки борта с рабочими уступами; ВС, БЕ - участки борта во временно нерабочем положении

Недостаточная изученность и отсутствие единого подхода к технико-экономической оценке способов расконсервации ВНБ при различных конструкциях ВНБ не позволяют корректировать текущую производительность карьера. Решение этих задач позволит в полной мере использовать преимущества ВНБ и повысить эффективность работы карьеров.

Во второй главе установлены зависимости скорости расконсервации нерабочего борта и удельных затрат на выемку вскрышных пород от результирующего угла и способа приведения ВНБ в рабочее положение; исследовано взаимное влияние конструкций и способов расконсервации ВНБ; разработаны технологические схемы расконсервации, позволяющие сократить объемы горных работ по приведению ВНБ в рабочее положение и увеличить скорость подготовки добычных горизонтов.

Практика работы карьеров показывает, что на эффективность применения ВНБ в карьере влияют выполнение плановых объемов горных работ и затраты на выемку и транспортирование вскрыши. Поэтому при выборе конструкции и способа расконсервации ВНБ используются следующие технико-экономические параметры расконсервации ВНБ: скорость расконсервации (Кр, м/год), удельные затраты на вскрышные работы (Зуда р./м3) и объемы расконсервации (м3) (рис. 2).

Эффективность применения ВНБ в карьере

г

Своевременность расконсервации ВНБ

Е

Минимизация затрат на вскрышные работы при расконсервации ВНБ

Условия

Объем расконсервации ВНБ

Скорость расконсервации ВНБ

ш

Удельные затраты на вскрышные работы при расконсервации ВНБ

Параметры

Способ расконсервации ВНБ

ш

Конструкция ВНБ

Рис. 2. Влияние конструкции и способа расконсервации на технологические параметры расконсервации и эффективность применения ВНБ

В диссертационной работе рассмотрены различные способы расконсервации, которые отличаются конструкцией и углом рабочего борта на участке разноса ВНБ. Основной характеристикой рассмотренных способов расконсервации ВНБ, влияющей на скорость расконсервации и удельные затраты на вскрышные работы, является объем горной массы, сбрасываемой в выработанное пространство карьера при взрывных работах. Отношение горной массы, сбрасываемой в выработанное пространство карьера, к общему объему горной массы во взрываемом блоке показывает коэффициент сброса

(Кеб = 0-И), предложенный В.Н. Вокиным. Использование коэффициента сброса позволило выделить четыре основных способа расконсервации (рис. 3).

Рис. 3. Способы расконсервации ВНБ: а - поуступный («классический») Кеб = 0,1 - 0,2; б - высокими уступами, Кеб = 0,2 - 0,4; в - с насыпной призмой Кеб = 0,4 - 0,6; г - крутыми слоями Кеб = 0,6-0,9;

----- контур рабочего уступа; 1 - контур ВНБ; 2 - контур рабочего

борта; 3 - взорванная горная масса; 4 - контур взрываемого слоя

Классический способ расконсервации используется на большинстве карьеров и предусматривает выполаживание ВНБ. Т.В. Донченко предложил сократить время расконсервации за счет сооружения насыпной призмы в основании ВНБ. Ведение горных работ высокими уступами как способ увеличения угла рабочего борта обосновано М.Г. Новожиловым. Б.Н. Кутузовым рассмотрен способ взрывной доставки вскрышных пород в основание борта при отработке крутых слоев, который применялся на нагорных месторождениях.

Способы расконсервации исследовались на упрощенной геометрической модели ВНБ с углом откоса борта /N20-^50° и вариантами конструкций ВНБ с различным количеством совмещенных уступов. По результатам исследований были построены графики зависимостей скорости расконсервации ВНБ от его угла и способа приведения в рабочее положение (рис. 4).

Для построения графиков зависимостей удельных затрат на вскрышные работы при расконсервации ВНБ от его угла и способа приведения в рабочее положение (рис. 5) произведен расчет удельных затрат на выемку и транспортирование вскрышных пород. Установлено, что увеличение коэффициента сброса взорванной горной массы с 0,1 до 0,9 приводит к росту удельных затрат на выемку и транспортирование вскрышных пород в 1,9 раза.

30 35 « Угол ВНЕ, гр»д

120

110

10П

В

Ё- 90

А 80

| 70

60

50

-кляссическкб

-с сооружением насыпной призмы

уступами •крутым слоями

30

30 «

Угол ВНБ, град

Я

РИС. 4. Зависимости скорости расконсервации (Кр) от угла ВНБ (р) и

способа расконсервации

Рис. 5.

Зависимости удельных затрат на вскрышные работы (3Уд) от угла ВНБ (|3) и

способа расконсервации

После обработки полученных в результате моделирования данных выявлены аналитические зависимости Кр=/(р) и Зуд=/(Р) и определена область значений угла откоса ВНБ для способов расконсервации (табл.1).

Таблица 1

Аналитические зависимости технико-экономических параметров

Способ расконсервации Скорость расконсервации ВНБ, м/год Область значений угла ВНБ, град Удельные затраты на выемку и транспортирование вскрышных пород, р./м3

Поуступный «классический» Ур =91,264 X 0,98* 2О<0<4О Зу<> =ах0+в

С насыпной призмой Ур = 628,65 x 0,95^ ' 30<|3<50 Зуд = ох1п/?-в

Высокими уступами Ур = 3937,18x0,98^ 35<Р<50 Зуд=ахр+в

Крутыми слоями Ур =315,57x0,995^ 35<Р<50 Зуд = ахеР*в

Значения коэффициентов «о» и «в» для карьера «Малый Куйбас»

Способ расконсервации Поуступный «классический» С насыпной призмой Высокими уступами Крутыми слоями

а 0,405 28,9 1,14 35,176

в 41,8 0,0224 20,7 0,0243

При моделировании установлено, что влияние количества совмещенных уступов в конструкции ВНБ на значение скорости расконсервации незначительно (до 3%). Однако на коэффициент сброса горной массы это влияние достигает 12%, что следует учитывать при расчете затрат. Оптимальные сочетания конструкций и способов расконсервации ВНБ по критерию минимального коэффициента сброса приведены в табл. 2. Конструирование ВНБ с учетом последующего способа расконсервации за счет увеличения количества совмещенных уступов и ширины предохранительных берм позволяет отстроить широкие бермы и сократить объемы взорванной горной массы, пересыпаемой на нижележащие горизонты. При этом обеспечиваются необходимые условия для устройства транспортных коммуникаций и работы горного оборудования.

Таблица 2

Сочетания конструкций и способов расконсервации ВНБ, обеспечивающие

минимальный коэффициент сброса

Разделение уступов в конструкции ВНБ Угол наклона ВНБ, град Количество совмещенных уступов в конструкции ВНБ при способах расконсервации, шт.

Поуступный (классический) С насыпной призмой Высокими уступами Крутыми слоями

Транспортная берма 19-27 1

27-40 2 2 2

38-46 2-3 3

42-50 3-4

Предохранительная берма 27-37 1-2 2

37-46 3 2-3

46-51 3-4 3-4

50 и более 4 и более

С учетом сочетаний конструкций и способов расконсервации ВНБ в диссертации разработаны схемы расконсервации, позволяющие увеличивать угол рабочего борта и скорость расконсервации:

- схемы высокоуступного способа расконсервации с увеличенным (32-37°) углом рабочего борта, усовершенствованные за счет применения комплекса различных типов горнотранспортного и вспомогательного оборудования (рис. 6, а, б);

- схема способа расконсервации крутыми слоями с увеличенным коэффициентом сброса горной массы (каскадное взрывание крутых слоев, рис. 6, в), обеспечивающая скорость расконсервации до 260 м/год. В результате сброса взорванной горной массы в основание ВНБ происходит перераспределение объемов взрываемого блока на площадь в горизонтальной проекции, большую, чем его площадь в целике. Это прзволяет одновременно задействовать большее количество горнотранспортного оборудования при расконсервации участка ВНБ.

Использование разработанных схем позволяет возобновлять горные работы по всей высоте ВНБ практически без его выполаживания, что в ряде случаев исключает последовательный порядок расконсервации вскрышных уступов борта и обеспечивает значительное снижение сроков подготовки добычных горизонтов в карьере.

а - схема расконсервации ВНБ из сдвоенных уступов с комбинацией экскаваторов «прямая и обратная лопат») (угол рабочего борта 32°), К* = 0,3; б - схема расконсервации ВНБ из строенных уступов с понижением высоты развала бульдозером (угол рабочего борта 37°), = 0,35; в - схема расконсервации и постановки ВНБ в следующее нерабочее положение (передвижка ВНБ крутыми слоями), К^ = 0,7

в третьей главе предложена классификация способов расконсервации ВНБ, разработана математическая модель выбора оптимального способа расконсервации ВНБ, разработана методика управления скоростью расконсервации.

Анализ результатов проведенных исследований позволил определить технико-экономические параметры и систематизировать способы расконсервации ВНБ. Способы классифицированы по размещению взорванной горной массы в выработанном пространстве карьера в соответствии со значениями коэффициента сброса горной массы и представлены в табл. 3. Классификация упрощает выбор конкурирующего решения при ведении вскрышных работ, поскольку отражает основные технологические параметры и условия применения способов расконсервации ВНБ.

Таблица 3

Классификация способов расконсервации ВНБ_

Признак Способ расконсервации ВНБ Технологические параметры

Размещение взорванной горной массы Коэффициент сброса Кол-во совмещенных уступов, ил-. Угол наклона ВНБ (Р), град Угол наклона рабочего борта (ф), град Ширина передвижки ВНБ Объем расконсервации Скорость расконсервации (Кр), м/год

На взрываемом уступе Поуступный («классический») 0,1 -ОД 1-2 20-40 5-15 Шщ>> 211V» Максимальный 20-60

Комбинированное Высокими уступами ОД-0,4 2-4 25-50 15-30 Без ограничений Средний Минимальный 80-шах***

С сооружением насыпной призмы 0,4-0,6 3-4 40-50 10-20 Ш,ч,>2Шр„ Средний 45-120

В основании борта Крутыми слоями (взрывная технология) 0,6-0,9 3 и более 40 и более - Шгер < 2Шр„ Минимальный 180 - 260

* Шпер - ширина передвижки ВНБ. ** Шр„ - ширина рабочей площадки.

*** max -совпадение значений угла рабочего борта и угла ВНБ.

Для выбора способа расконсервации ВНБ разработана оптимизационная математическая модель. Использование модели позволяет определять оптимальный способ расконсервации ВНБ по критерию наименьших удельных затрат. При этом оптимальный способ выбирается из числа тех, которые обеспечивают необходимую скорость расконсервации и текущую производительность карьера по полезному ископаемому. п

I 3ißyp + 3ie3p + 3i9KC + 3imp min /=1

г/ •дост ~ ./ необх

V - УР

•К/= /(/?); 3i = f(ß) / = 1,2,..., и

где Ур?>ост - максимально достижимая скорость расконсервации при использовании /-го способа расконсервации ВНБ, м/год; упеобж СКОрОСТЬ расконсервации ВНБ, обеспечивающая текущую производительности карьера по полезному ископаемому, м/год: Р - угол ВНБ, град,-I - способ расконсервации ВНБ;

п - количество рассмотренных способов расконсервации ВНБ, удовлетворяющих условию сравнения Ур1дос'" и Урнеобх; Зг - удельные затраты на выемку и транспортирование 1 м3 вскрышных пород (3/ = 31буР + Згюр + 31экс + 31тр), р./м3; З^бур , 31взР , 31экс , 31 щ, - удельные затраты на бурение, взрывание, экскавацию и транспортирование соответственно, р./м3.

В современных условиях расконсервация ВНБ длится до 3 лет и более в зависимости от параметров бортов и динамики горных работ в карьере. Для рыночных условий этот срок является весьма продолжительным, и предприятие становится неадаптированным к изменениям в горнодобывающей отрасли. При этом эффективность работы карьера с ВНБ снижается. Для обеспечения изменяющейся текущей производительности и эффективной работы карьера с ВНБ в рыночных условиях в диссертации разработана методика управления скоростью расконсервации.

Методика заключается в непрерывной оценке факторов, влияющих на производительность карьера и расчетную скорость расконсервации, выборе оптимального способа расконсервации ВНБ по минимуму удельных затрат, корректировании параметров рабочего и нерабочего бортов. Выбор способа расконсервации ВНБ зависит от факторов, влияющих на объемы добычи и динамику горных работ в карьере (колебание спроса и цены на полезное ископаемое, изменение стратегии в управлении горнодобывающим предприятием и др.). Использование методики позволяет выбрать рациональную последовательность расконсервации ВНБ, подготавливать фронт добычных работ, корректировать и обеспечивать текущую производительность по полезному ископаемому в условиях рынка.

При необходимости снижения текущей производительности по полезному ископаемому следует переходить к менее затратным способам расконсервации ВНБ с меньшей скоростью расконсервации. При необходимости увеличения текущей производительности по полезному ископаемому - переходить к способам с наибольшей скоростью расконсервации и осуществлять вскрышные работы с наибольшим значением угла рабочего борта.

Для практической реализации предложенной методики, корректирования и обеспечения текущей производительности карьера разработан алгоритм управления скоростью расконсервации ВНБ (рис. 7). Алгоритм описывает выбор и последовательность действий на каждом этапе методики.

Рис. 7. Алгоритм управления скоростью расконсервации ВНБ

Таким образом, обеспечивается выбор рациональной последовательности расконсервации ВНБ в зависимости от его конструкции и требуемой производственной мощности карьера по полезному ископаемому.

В четвертой главе приведен пример реализации разработанной методики в условиях реконструкции Северного участка карьера «Малый Куйбас» ГОП ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и произведена оценка эффективности предлагаемых мероприятий.

Разработанная в диссертации методика апробирована на карьере «Малый Куйбас» (ГОП ОАО «ММК»), Для выполнения проектных объемов по руде и вскрыше в условиях реконструкции карьера на Северном участке предложено сформировать комбинированную рабочую зону с участками ВНБ. Расконсервацию бортов предполагается производить в два этапа (рис. 8,9).

Рис. 8. Формирование рабочей зоны Северного участка карьера «Малый Куйбас» с применением ВНБ (план карьера): 1 - контур карьера по проекту 1999 г.; 2 - дно карьера; 3 - границы зон концентрации

1 А - A III Восток

Чапад

Рис. 9. Формирование рабочей зоны Северного участка карьера «Малый Куйбас» с применением ВНБ (разрез по линии А - А): 1 - контур карьера по проекту; 2 - Западный нерабочий борт; 3 - Восточный ВНБ (по состоянию на 2005 г.); 4 - Восточный ВНБ (по состоянию на 2007 г); 5 - рабочий борт (по состоянию на 2007 г.);

- объемы горных работ на период 2005-2007 гг.

- объемы горных работ на период 2007-2009 гг.

Использование разработанной методики управления скоростью расконсервации позволило определить конструкции и способы расконсервации нерабочих бортов карьера «Малый Куйбас»:

• Восточный ВНБ с углом наклона 35 - 37° (см. рис. 9) предложено расконсервировать «классическим» способом со скоростью расконсервации 40 - 50 м/год и сформировать его под углом 35° с последующей расконсервацией «классическим» способом со скоростью 30 - 40 м/год.

• Западный нерабочий борт с углом наклона 40 - 45° (см. рис. 9) рекомендовано расконсервировать: высокоуступным способом со скоростью 75 - 80 м/год (в период 2007 - 2008 гг.); «классическим» способом со скоростью 40 - 50 м/год (в период 2008 - 2009 гг.).

Приведенные параметры являются оптимальными по критерию минимума удельных затрат и необходимой скорости расконсервации (табл. 4,5).

Таблица4

Параметры формирования и расконсервации нерабочих бортов Северного участка

карьера «Малый Куйбас»

Параметры нерабочих бортов и способов расконсервации Западный нерабочий борт Восточный ВНБ

Способ расконсервации ВНБ* ПУ ВУ ПУ

Скорость расконсервации, м/год 40-45 75-80 40-50(30-40)**

Угол наклона рабочего борта на участке по разносу целика, град 8-10 25 8-10

Ширина рабочей площадки, м 60 50 60

Высота рабочего уступа, м 10 30 10

Высота нерабочего борта, м 100- 135 80- 100

Угол наклона нерабочего борта, град 40-45 35-37(35)

Удельные затраты на выемку вскрыши, р./м3 60 | 72 58

Удельная производительность экскаватора, тыс. м3/м3год 190-200

* ПУ, ВУ - способы расконсервации бортов соответственно поуступный и высокими уступами ** В скобках - значения параметров для Восточного ВНБ на период 2007 - 2009 гт

Таблица 5

Результаты технико-экономического сравнения вариантов формирования рабочей зоны Северного участка карьера «Малый Куйбас»

на 2005-2009 гг.

Параметры Варианты

Существующий Предлагаемый

Количество буровых станков, шт. 6 6

Количество экскаваторов, шт. 8 8

Количество автосамосвалов, шт. 18 16

Расстояние транспортирования, км 3,4 2,65

Производительность по руде, млн т/год 1,7 2,5

Производительность по вскрыше, млн м3/год 8 8

Экономический эффект за весь период, млн. р. 392

Использование разработанной методики при формировании комбинированной рабочей зоны с использованием ВНБ на Северном участке карьера «Малый Куйбас» обеспечит проектную производительность по руде на 2 года раньше, чем по проекту реконструкции. При этом экономический эффект за 2005-2009 гг. составит 392 млн р. в ценах 2005 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной квалификационной работой, в которой дано новое решение актуальной научно-практической задачи обеспечения текущей производительности карьера по полезному ископаемому в рыночных условиях путем обоснования конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов, имеющей существенное значение для повышения эффективности открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

1. Установлено, что фактическая скорость понижения горных работ при расконсервации ВНБ на большинстве карьеров составляет в среднем 20-30 м/год. При высоте ВНБ 150 м и более расконсервация длится несколько лет. Использование способов со скоростью расконсервации свыше 150 м/год (со сбросом горной массы в выработанное пространство карьера) приведет к увеличению расстояния транспортирования и росту затрат на вскрышные работы. Отсутствие единого подхода к оценке технико-экономических показателей способов расконсервации при различных конструкциях ВНБ не позволяет регулировать текущую производительность карьера в рыночных условиях.

2. Установлены зависимости скорости расконсервации ВНБ и удельных затрат на вскрышные работы от угла ВНБ при разносе законсервированного борта различными способами. Скорость расконсервации ВНБ в зависимости от применяемого способа составляет:

• 20-60 м/год - поуступный «классический»;

• 80 и более м/год - высокими уступами;

• 45-120 м/год - с сооружением насыпной призмы;

• 180-260 м/год - крутыми слоями.

Способ расконсервации влияет на коэффициент сброса и расстояние транспортирования горной массы. Рост коэффициента сброса 0,1-0,9 влечет за собой увеличение удельных затрат на выемку и транспортирование 1 м3 вскрышных пород в 1,9 раза.

3. Конструирование ВНБ за счет увеличения .количества совмещенных уступов и ширины предохранительных берм позволяет поддерживать результирующий угол и создавать необходимые условия для работы горнотранспортного оборудования при расконсервации борта. Установлено, что влияние количества совмещенных уступов в конструкции ВНБ на значение скорости расконсервации незначительно (до 3%). Однако это

влияние на коэффициент сброса горной массы достигает 12% и влечет за собой изменение затрат. Предложены сочетания конструкций и способов расконсервации ВНБ, обеспечивающие минимальный сброс горной массы на нижележащие горизонты. Количество совмещенных уступов в конструкции ВНБ зависит от угла его наклона и способа расконсервации.

4. Разработаны схемы для расконсервации ВНБ:

• схемы комплексной механизации при высокоуступном способе расконсервации с увеличенным (32-37*) углом рабочего борта, усовершенствованные за счет применения комплекса различных типов горнотранспортного и вспомогательного оборудования;

• схема расконсервации ВНБ крутыми слоями с увеличенным коэффициентом сброса горной массы (каскадное взрывание), обеспечивающая скорость расконсервации до 260 м/год.

Использование разработанных схем позволяет исключить последовательный порядок расконсервации вскрышных уступов нерабочего борта и '

возобновлять горные работы одновременно по всей высоте ВНБ без выполаживания, обеспечивает значительное снижение сроков подготовки добычных горизонтов в карьере. При совпадении углов рабочего и нерабочего бортов расконсервация заключается в расстановке горного оборудования и обеспечении транспортного доступа к вскрышным уступам ВНБ.

5. Обоснованы технологические параметры и условия применения конструкций и способов расконсервации ВНБ, предложена классификация способов расконсервации ВНБ. Способы расконсервации ВНБ классифицированы по размещению взорванной горной массы в выработанном пространстве карьера в соответствии со значениями коэффициента сброса. Классификация отражает технологические параметры каждого способа расконсервации и соответствующей ему конструкции ВНБ.

6. Разработана математическая модель выбора оптимального способа расконсервации нерабочего борта с учетом его конструкции. Она включает в себя: подбор способов расконсервации, обеспечивающих необходимую скорость расконсервации на фактической конструкции ВНБ; расчет удельных затрат на выемку и транспортирование вскрышных пород для -сравниваемых способов расконсервации в зависимости от конструкции борта. Использование модели позволяет при заданной скорости расконсервации ВНБ определять оптимальный способ расконсервации по критерию наименьших удельных затрат.

7. Предложена методика и разработан алгоритм управления скоростью расконсервации ВНБ на основе поочередного применения способов расконсервации. Основными этапами методики являются:

• непрерывная оценка и анализ факторов, влияющих на производительность карьера по полезному ископаемому;

• определение значений технологических параметров расконсервации ВНБ для обеспечения текущей производительности карьера;

• выбор оптимального способа расконсервации ВНБ, конструкции рабочего и формируемого нерабочего борта;

• контроль технологических параметров расконсервации ВНБ.

Методика позволяет выбрать рациональную последовательность

расконсервации ВНБ, корректировать и обеспечивать текущую производительность карьера по полезному ископаемому в условиях рынка.

8. Применение методики управления скоростью расконсервации на карьере «Малый Куйбас» ГОП ОАО «ММК» позволило:

• скорректировать параметры зон концентрации горных работ Северного участка;

• определить конструкцию Восточного ВНБ в зависимости от режима горных работ и последующего способа расконсервации;

• обеспечить проектную производительность карьера «Малый Куйбас» по руде в условиях его реконструкции;

• осуществить прогнозное планирование горных работ на 4 года;

• определить рациональную последовательность расконсервации бортов на Северном участке карьера «Малый Куйбас» и обеспечить проектную производительность по руде на 2 года раньше, чем по проекту реконструкции. При этом экономический эффект за 2005-2009 гг. составит 392 млн р. в ценах 2005 года.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Колонюк A.A., Осинцев H.A., Бурмистров К.В. Метод конструирования и схемы расконсервации временно нерабочих бортов //Материалы 63-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004 гг.: Сб. докл. Т.1. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - С. 188-192.

2. Бурмистров К.В., Колонюк A.A. Интенсификация горных работ на ограниченных участках рабочей зоны карьеров //Освоение месторождений полезных ископаемых: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. -С. 19-24.

3. Бурмистров К.В., Колонюк A.A., Цыганов A.B. Организационно-технологические схемы ведения горных работ при интенсификации горных работ на участках карьера //Материалы 63-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004 гг.: Сб. докл. Т.1. - Магнитогорск: МГТУ, 2004.-С. 165-169.

4. Принципы управления безопасностью производства при совершенствовании технологических схем карьеров / Цыганов AB., Осинцев H.A., Бурмистров К.В., Колонюк A.A., Заляднов В.Ю. // Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов: Сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - С. 66-68.

5. Колонюк АЛ. Исследования технологических параметров процесса расконсервации временно нерабочего борта в карьере // Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург: УГТУ, 2005. - С. 26-27.

6. Колонюк A.A., Бурмистров К.В., Заляднов В.Ю. Повышение эффективности разработки месторождения путем комплексного подхода к проектированию открытых и подземных горных работ // Комбинированная геотехиология: масштабы и перспективы применения Сб. тез. - Учалы: МГТУ-УГОК, 2005. - С. 38.

№210 61

РНБ Русский фонд

2006-4 17341

Подписано в печать 31 10.05 Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

.Плоская печать Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 795.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Колонюк, Александр Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ развития горных работ при формировании временно нерабочих бортов в рабочей зоне карьеров.

1.2 Анализ современного состояния научно-методической базы относительно способов расконсервации временно нерабочих бортов в карьере.

1.3 Цель, задачи и методы исследования. ^

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И СПОСОБОВ

РАСКОНСЕРВАЦИИ ВРЕМЕННО НЕРАБОЧЕГО БОРТА НА

ПАРАМЕТРЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИВЕДЕНИЯ В

РАБОЧЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

2.1 Исследование конструкций временно нерабочего борта.

2.2 Влияние способа расконсервации временно нерабочего борта на скорость приведения его в рабочее положение.

2.3 Исследование объемов вскрышных работ при расконсервации временно нерабочего борта различными способами.

2.4 Изменение удельных затрат на вскрышные работы при использовании различных конструкций и способов расконсервации временно нерабочих бортов.

ВЫВОДЫ.

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ДЛЯ

ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ВРЕМЕННО НЕРАБОЧИХ БОРТОВ.

3.Г Совместимость конструкций и способов расконсервации временно нерабочих бортов карьера.

3.2 Классификация способов расконсервации временно нерабочих бортов.

3.3 Разработка математической модели для расчета оптимальных параметров формирования и расконсервации временно нерабочего борта.

3.4 Разработка методики управления скоростью расконсервации временно нерабочего борта.

ВЫВОДЫ.

4 ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ РАСКОНСЕРВАЦИИ ВРЕМЕННО НЕРАБОЧИХ БОРТОВ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ КАРЬЕРА «МАЛЫЙ КУЙБАС» ГОП ОАО «ММК».

4.1 Особенности реконструкции карьера «Малый Куйбас» с использованием временно нерабочих бортов.

4.2 Обоснование конструкций и способов расконсервации нерабочих бортов Северного участка карьера «Малый Куйбас».

4.3 Рекомендуемая последовательность отработки Северного участка карьера «Малый Куйбас».

4.4 Экономическая оценка эффективности рекомендаций при формировании и расконсервации ВНБ карьера «Малый Куйбас».

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов карьеров"

Свыше 95 % карьеров глубиной более 150 м отрабатываются с использованием временно нерабочих бортов (ВНБ). Регулирование объемов вскрышных работ за счет формирования ВНБ является экономически целесообразным. Однако применение ВНБ увеличивает жесткость связи между вскрышными и добычными работами в карьере. Практика работы карьеров показывает, что колебание цены и спроса на минеральное сырье и нестабильность в горнодобывающей отрасли нередко приводит к несвоевременной расконсервации ВНБ и соответственно к снижению производственной мощности по полезному ископаемому.

Применяемые на большинстве карьеров способы расконсервации ВНБ с поочередной подготовкой рабочих уступов отличаются относительной дешевизной, но не всегда обеспечивают своевременную подготовку добычных горизонтов. Традиционные конструкции ВНБ обеспечивают регулирование коэффициента вскрыши и не учитывают последующий способ расконсервации. Использование конструкций и способов расконсервации ВНБ с учетом их взаимного влияния и наличие единого подхода к оценке технико-экономических показателей способов расконсервации при различных конструкциях нерабочих бортов позволят в полной мере использовать преимущества ВНБ и повысить эффективность работы предприятия в изменяющихся рыночных условиях.

Эффективная работа горнодобывающего предприятия в рыночных условиях возможна при обеспечении текущей производительности карьера по полезному ископаемому с минимальными затратами на выемку вскрышных пород. Для этого необходимо формировать и своевременно расконсервировать ВНБ, используя экономически целесообразные способы и конструкции. Поэтому обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации ВНБ представляет собой актуальную научно-практическую задачу.

Цель работы. Обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов карьеров для регулирования текущей производительности по полезному ископаемому.

Идея работы. Регулирование текущей производительности карьера по полезному ископаемому обеспечивается применением различных способов расконсервации временно нерабочих бортов с учетом удельных затрат на вскрышные работы.

Объект исследования — участки бортов карьера, находящиеся во временно нерабочем положении.

Основные задачи исследований:

1. Анализ развития горных работ при формировании ВНБ в карьере и состояния современной методической базы по способам расконсервации ВНБ.

2. Исследование влияния конструкций и способов расконсервации ВНБ на изменение скорости расконсервации ВНБ и величину удельных затрат на вскрышные работы.

3. Обоснование технологических параметров и условий применения конструкций и способов расконсервации ВНБ.

4. Разработка математической модели для выбора оптимального способа расконсервации ВНБ.

5. Разработка методики управления скоростью расконсервации ВНБ для выбора рациональной последовательности расконсервации нерабочего борта и обеспечения текущей производительности карьера.

6. Технико-экономическая оценка способов расконсервации ВНБ.

Научные положения, представленные к защите:

1. Конструкцию и способ расконсервации ВНБ необходимо определять совместным решением задач обеспечения расчетной скорости расконсервации, текущей производительности карьера по полезному ископаемому и минимума удельных затрат на вскрышные работы для достижения максимального экономического эффекта при разработке карьера с ВНБ.

2. Управление подготовкой добычных горизонтов достигается рациональной последовательностью расконсервации ВНБ, определяемой параметрами рабочего и нерабочего бортов, коэффициентом сброса горной массы.

3. Разработка и применение технологических схем комплексной механизации, позволяющих возобновлять горные работы одновременно по всей высоте ВНБ, исключает последовательный порядок расконсервации уступов и обеспечивает ускоренный доступ к полезному ископаемому в основании ВНБ.

Научную новизну работы составляют:

1. Зависимости удельных затрат на выемку вскрышных пород и скорости расконсервации ВНБ от результирующего угла и способа приведения ВНБ в рабочее положение.

2. Классификация способов расконсервации ВНБ по размещению взорванной горной массы в выработанном пространстве карьера, которая отражает основные технологические характеристики и область применения способов расконсервации ВНБ.

3. Оптимизационная математическая модель выбора способа расконсервации ВНБ с учетом его конструкции на основе согласования расчетной скорости расконсервации и минимума удельных затрат на вскрышные работы.

Методы исследований включают: анализ и обобщение проектной документации и научно-технической литературы; аналитическое и горногеометрическое моделирование; методы математической статистики, экономико-математическое моделирование, метод технико-экономического анализа.

Достоверность научных положений обосновывается сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с практикой эксплуатации карьеров и результатами других исследований.

Практическая значимость работы:

1. Обоснованы технологические параметры и условия применения конструкций и способов расконсервации ВНБ для решения прямой и обратной задач: выбор способа расконсервации для имеющейся конструкции ВНБ; выбор конструкции ВНБ для последующего способа расконсервации.

2. Разработаны методика и алгоритм управления скоростью расконсервации ВНБ, использование которых позволяет корректировать и обеспечивать текущую производительность карьера по полезному ископаемому в условиях рынка.

3. Разработаны технологические схемы комплексной механизации, позволяющие возобновлять горные работы одновременно по всей высоте ВНБ без выполаживания, что исключает последовательный порядок расконсервации уступов и обеспечивает ускоренный доступ к полезному ископаемому в основании ВНБ.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности по руде карьера «Малый Куйбас» (ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат») в условиях его реконструкции.

Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004 г.); 63-й научно-технической конференции по итогам НИР, (Магнитогорск, 2004 г.); научно-технической конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов» (Магнитогорск, 2004 г.); молодежной научно-практической конференции «Уральская горнопромышленная декада» (Екатеринбург, 2005 г.); «Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения» (Учалы, 2005 г.); на технических совещаниях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»; на заседаниях кафедры ОРМПИ МГТУ; на научно-технических семинарах факультета горных технологий и транспорта МГТУ.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 130 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 102 наименований и 3 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Колонюк, Александр Анатольевич

ВЫВОДЫ

Результаты выполненных расчетов на примере карьера «Малый Куйбас» ОАО «ММК» подтверждают необходимость применения разработанных рекомендаций для обоснования параметров и способов расконсервации ВНБ. Применение разработанной методики управления скоростью расконсервации ВНБ позволило:

1. Сформировать рабочую зону в соответствии с направлением развития горных работ на вскрышных и добычных зонах Северного участка при формировании зон концентрации. Решить горнотехническую задачу в части ускоренного обеспечения производительности карьера «Малый Куйбас» по руде в условиях его реконструкции. С учетом предложенных параметров и направления развития горных работ осуществить прогнозное планирование на 4года.

2. Оценить влияние режима горных работ на параметры и способы расконсервации ВНБ. Определить параметры формирования и расконсервации нерабочих бортов.

Восточный ВНБ с углом наклона 35 - 37° предложено расконсервировать «классическим» способом со скоростью расконсервации 40 — 50 м/год и сформировать его под углом 35° с последующей расконсервацией «классическим» способом со скоростью 30-40 м/год.

Западный нерабочий борт с углом наклона 40 — 45° рекомендовано расконсервировать высокоуступным способом со скоростью 75 — 80 м/год (в период 2007 - 2008 гг.); и «классическим» способом со скоростью 40 -50 м/год (в период 2008 - 2009 гт.).

Приведенные параметры являются оптимальными по критерию минимума удельных затрат и необходимой скорости расконсервации.

3. Обосновать рациональную последовательность расконсервации бортов на Северном участке карьера «Малый Куйбас» и обеспечить проектную производительность по руде на 2 года раньше, чем по проекту реконструкции. При этом экономический эффект за 2005-2009 гг. составит 392 млн р. в ценах 2005 года;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной квалификационной работой, в которой дано новое решение актуальной научно-практической задачи обеспечения текущей производительности карьера по полезному ископаемому в рыночных условиях путем обоснования конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов, имеющей существенное значение для повышения эффективности открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

1. Установлено, что фактическая скорость понижения горных работ при расконсервации ВНБ на большинстве карьеров составляет в среднем 20-30 м/год. При высоте ВНБ 150 м и более расконсервация длится несколько лет. Использование способов со скоростью расконсервации свыше 150 м/год (со сбросом горной массы в выработанное пространство карьера) приведет к увеличению расстояния транспортирования и росту затрат на вскрышные работы. Отсутствие единого подхода к оценке технико-экономических показателей способов расконсервации при различных конструкциях ВНБ не позволяет регулировать текущую производительность карьера в рыночных условиях.

2. Установлены зависимости скорости расконсервации ВНБ и удельных затрат на вскрышные работы от угла ВНБ при разносе законсервированного борта различными способами. Скорость расконсервации ВНБ в зависимости от применяемого способа составляет:

• 20-60 м/год — поуступный «классический»;

• 80 и более м/год - высокими уступами;

• 45-120 м/год - с сооружением насыпной призмы;

• 180-260 м/год - крутыми слоями.

Способ расконсервации влияет на коэффициент сброса и расстояние транспортирования горной массы. Рост коэффициента сброса 0,1-0,9 влечет за собой увеличение удельных затрат на выемку и транспортирование 1 м3 вскрышных пород в 1,9 раза.

3. Конструирование ВНБ за счет увеличения количества совмещенных уступов и ширины предохранительных берм позволяет поддерживать результирующий угол и создавать необходимые условия для работы горнотранспортного оборудования при расконсервации борта. Установлено, что влияние количества совмещенных уступов в конструкции ВНБ на значение скорости расконсервации незначительно (до 3%). Однако это влияние на коэффициент сброса горной массы достигает 12% и влечет за собой изменение затрат. Предложены сочетания конструкций и способов расконсервации ВНБ, обеспечивающие минимальный сброс горной массы на нижележащие горизонты. Количество совмещенных уступов в конструкции ВНБ зависит от угла его наклона и способа расконсервации.

4. Разработаны схемы для расконсервации ВНБ:

• схемы комплексной механизации при высокоуступном способе расконсервации с увеличенным (32-37°) углом рабочего борта, усовершенствованные за счет применения комплекса различных типов горнотранспортного и вспомогательного оборудования;

• схема расконсервации ВНБ крутыми слоями с увеличенным коэффициентом сброса горной массы (каскадное взрывание), обеспечивающая скорость расконсервации до 260 м/год.

Использование разработанных схем позволяет исключить последовательный порядок расконсервации вскрышных уступов нерабочего борта и возобновлять горные работы одновременно по всей высоте ВНБ без выполаживания, обеспечивает значительное снижение сроков подготовки добычных горизонтов в карьере. При совпадении углов рабочего и нерабочего бортов расконсервация заключается в расстановке горного оборудования и обеспечении транспортного доступа к вскрышным уступам ВНБ.

5. Обоснованы технологические параметры и условия применения конструкций и способов расконсервации ВНБ, предложена классификация способов расконсервации ВНБ. Способы расконсервации ВНБ классифицированы по размещению взорванной горной массы в выработанном пространстве карьера в соответствии со значениями коэффициента сброса. Классификация отражает технологические параметры каждого способа расконсервации и соответствующей ему конструкции ВНБ.

6. Разработана математическая модель выбора оптимального способа расконсервации нерабочего борта с учетом его конструкции. Она включает в себя: подбор способов расконсервации, обеспечивающих необходимую скорость расконсервации на фактической конструкции ВНБ; расчет удельных затрат на выемку и транспортирование вскрышных пород для сравниваемых способов расконсервации в зависимости от конструкции борта. Использование модели позволяет при заданной скорости расконсервации ВНБ определять оптимальный способ расконсервации по критерию наименьших удельных затрат.

7. Предложена методика и разработан алгоритм управления скоростью расконсервации ВНБ на основе поочередного применения способов расконсервации. Основными этапами методики являются:

• непрерывная оценка и анализ факторов, влияющих на производительность карьера по полезному ископаемому;

• определение значений технологических параметров расконсервации ВНБ для обеспечения текущей производительности карьера;

• выбор оптимального способа расконсервации ВНБ, конструкции рабочего и формируемого нерабочего борта;

• контроль технологических параметров расконсервации ВНБ.

Методика позволяет выбирать рациональную последовательность расконсервации ВНБ, корректировать и обеспечивать текущую производительность карьера по полезному ископаемому в условиях рынка.

8. Применение методики управления скоростью расконсервации на карьере «Малый Куйбас» ГОП ОАО «ММК» позволило:

• скорректировать параметры зон концентрации горных работ Северного участка;

• обосновать конструкцию Восточного ВНБ в зависимости от режима горных работ и последующего способа расконсервации;

• обеспечить проектную производительность карьера «Малый Куйбас» по руде в условиях его реконструкции;

• осуществить прогнозное планирование горных работ на 4 года;

• обосновать рациональную последовательность расконсервации бортов на Северном участке карьера «Малый Куйбас» и обеспечить проектную производительность по руде на 2 года раньше, чем по проекту реконструкции. При этом экономический эффект за 2005-2009 гг. составит 392 млн р. в ценах 2005 года.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Колонюк, Александр Анатольевич, Магнитогорск

1. Агошков М.И., Гольдман Е. Л., Кривенков H.A. Экономика горнорудной промышленности. М.: Недра, 1986. - 264 с.

2. Александров И.Н. Вскрытие и способы отстройки бортов глубоких карьеров Якутии. Новосибирск: Наука, 2000. — 147с.

3. Александров И.Н. и др. Способ расконсервации временных бортов карьеров // Опубл. БИ, 1984. №16.

4. Андросов А.Д. Определение контуров и этапов отработки глубоких карьеров. Учебно-метод. пособие к курсовому проекту /АН РС(Я), ин-т per. эконом., Якутск: (Якутский филиал изд-ва СО РАН), 2001. — 46 с.

5. Андросов А.Д. Технология разработки глубоких карьеров Якутии. -Новосибирск: Наука СИФ РАН, 1996.

6. Анистратов Ю.И. Система разработки месторождений крутыми слоями // Технология, механизация и организация горных работ. Сб. трудов МГИ,. М.: МГИ, 1972. С.78-82.

7. Анистратов Ю.И., Степанов В.А. Интенсификация вскрытия глубинных месторождений // Разработка угольных месторождений открытым способом. Межвуз. сб. Вып. 1. Кемерово: КузПИ, 1972. С. 10-24.

8. Арсентьев А.И. Взаимодействие горных работ в рабочей зоне карьера. //Горный журнал. 1984. - №9. - С.35-38.

9. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей. М.: Недра, 1981.-278 с.

10. Арсентьев А.И. Законы формирования рабочей зоны карьера. — Л.: ЛГИ, 1986. 54 с.

11. Арсентьев А.И. Определение производительности и границ карьеров. — М.: Недра, 1970. 320 с.

12. Арсентьев А.И. Основы теории определения производительности и границ карьеров. Дисс. .докт. техн. наук. — Кривой Рог, 1959.

13. Арсентьев А.И., Арсентьев С.Я. Усреднение эксплуатационного коэффициента вскрыши за счет оставления временно нерабочего борта. / Совершенствование техники и технологии горного производства. М.: Недра, 1964. С.138-143. (Тр. КГРИ, вып. 22).

14. Арсентьев А.И., Ещенко A.A., Оводенко Б.К., Пермяков P.C. Интенсификация горных работ в карьерах. М.: Недра, 1965. - 287 с.

15. Арсентьев А.И., Шпанский C.B., Константинов Г.П., Бложе В.П. Определение главных параметров карьера. -М.: Недра, 1976. 213 с.

16. Арсетьев А.И. Планирование развития горных работ в карьерах. М.: Недра, 1972.-152 с.

17. Бабаянц Г.М. Формирование постоянных и временно нерабочих бортов глубоких карьеров // Горный журнал.-1989. -№12.- С.17-18.

18. Беляков Ю.И. Совершенствование технологии выемочно-погрузочных работ на карьерах. М.: Недра, 1977. - 295 с.

19. Богданюк В.Е. Исследование рационального порядка отработки крутопадающих месторождений большой протяженности. / Технология открытых горных работ. Киев: Техника, 1966. - С.153-156.

20. Бурмистров К.В., Колонюк A.A. Интенсификация горных работ на ограниченных участках рабочей зоны карьеров //Освоение месторождений полезных ископаемых: Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2004. 223 с.

21. Вокин В.Н. Обоснование технологических параметров временно нерабочих бортов карьеров. Автореф. дисс. канд. техн наук. -Красноярск, 2001 .-22 с.

22. Гавришев С.Е. Обоснование организационно технологических методов повышения надежности и эффективности работы карьеров. Дисс. док. техн. наук. Магнитогорск: МГТУ, 2002.

23. Гавришев С.Е. Обоснование рациональной последовательности формирования рабочей зоны карьеров при разработке крутопадающих месторождений. Дисс. канд. техн. наук. — Магнитогорск. - 1990. — 164 с.

24. Гавришев С.Е. Организационно-технологические методы повышения надежности и эффективности работы карьеров: Монография. — Магнитогорск: МГТУ, 2002. 231 с.

25. Галкин А.М. Исследование некоторых вопросов отстройки бортов и профилактики деформаций уступов рудных карьеров. Автореф. дисс.канд.техн наук. Магнитогорск, 1970.-24с.

26. Галкин В.А. Исследование коммуникаций для автомобильного транспорта вскрышных пород на карьерах цветной металлургии. Дисс. . канд. техн. наук. — Магнитогорск: МГМИ, 1979.

27. Галкин В.А. Технологические основы проектирования и планирования грузопотоков на рудных карьерах с автомобильным транспортом. — Дисс. док. техн. наук. Магнитогорск. - 1987. - 290 с.

28. Галкин В.А., Сидоренко В.Н., Гавришев С.Е., Носов А.Н Проектирование горных работ при формировании карьерного пространства зонами концентрации. Магнитогорск: МГМИ, 1991. 57 с.

29. Ганицкий В.И. Управление производством на карьерах. М.: Изд-во МГИ, 1981. -84 с.

30. Грязнов М.В. Разработка способов снижения ресурсоемкое™ технологических процессов на карьерах строительных материалов. — Дисс. канд. техн. наук Магнитогорск. 2001. — 118с.

31. Данилевич Е.А. Организация и планирование открытых горных работ. -М.: Недра, 1979.-169 с.

32. Донченко Т.В. Обоснование и разработка технологии приведения в рабочее положение временно законсервированных бортов карьера. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург.: РИЦ СПГГИ, 2002.

33. Дриженко А.Ю., Якубенко Л.В. Установление параметров разработки глубоких карьеров диагональными блоками. / Разработка рудных месторождений. Киев: Техника, 1982. С.76-81.

34. Друкованый М. Ф., Ефремов Э.И., Новожилов М.Г. Взрывание высоких уступов. М.: Недра, 1964.

35. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 03-498-02). Серия 03. Выпуск 22 /Колл. Авт. М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. - 152с.

36. Ильин С.А., Опарин В. А., Сапаков Е.А. О расконсервации и разносе борта Златоуст-Беловского карьера при переходе на повторную открытую разработку месторождения // Горный журнал.-1992. -№4.- С.44-46.

37. Интернет сайт http://www.mineral.ru

38. Интернет сайт www.UGMK.INFO.uk

39. Итаров Ю.К., Кутузов Б.Н. Взрывная технология разработки нагорных месторождений крутыми слоями // Горный журнал.-1991. -№2. С. 14-16.

40. Колонюк A.A. Исследования технологических параметров процесса расконсервации временно нерабочего борта в карьере // Материалы Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург: УГГУ, 2005. -С. 26-27.

41. Колонюк A.A., Бурмистров К.В. Способы проведения взрывного резания при добыче природного камня и реконструкции железобетонных конструкций //Добыча, обработка и применение природного камня: Межвуз. сб. науч. тр. — Магнитогорск: МГТУ, 2004. 271 с.

42. Корнилков C.B. Управление рабочей зоной действующих и проектируемых глубоких карьеров Дисс. док. техн. наук -Екатеринбург, 1997. - 277с.

43. Кравчук И.Л. Теоретические основы и методы формирования системы обеспечения безопасности производства горнодобывающего предприятия: Дисс. докт. тех. наук спец. 05.26.01. М.: 2001. - 274 с.

44. Кузнецова Т.С. Обоснование параметров карьеров при комбинированной разработке крутопадающих месторождений. Дисс. канд. техн. наук. — Магнитогорск. 2003. - 176 с.

45. Кумичев К.А., Майминд В .Я. Проектирование железорудных карьеров. — М.: Недра, 1983.

46. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом (взрывные технологии в промышленности) ч. II. Учебник для вузов. 3-е издание, переработанное и дополненное. М.: МГГУ, 1994. 448 с.

47. Лапаев В.Н. Разработка методики определения границ разрезов в условиях рынка Дисс. канд. техн. наук. - Челябинск, 1997.

48. Линев В .П. Определение параметров рабочей зоны карьера с участками временно нерабочего борта // Горный журнал,-1986. -№5.- С.15-17.

49. Линев В.П. Ширина рабочих площадок уступов и возможная скорость углубления горных работ. Горный журнал.-1978. -№6.- С.31-33.

50. Макаров A.M. Теоретические основы и методы обеспечения жизнеспособности угледобывающего предприятия. — Дисс. док. техн. наук. Челябинск. 1997. - 205 с.

51. Макаров A.M., Яблонских Н.В., Колонюк A.A., Шарипов Д.Р. Оценка результатов деятельности Краснооктябрьского бокситового рудоуправления за 1997 -2001 годы п. Октябрьский, 2001.

52. Мельников Н.В., Виницкий К.Е., Меньшов B.C., Реентович Э.И Вопросы выбора производственной мощности карьера. М.: Наука, 1971. - 166 с.

53. Мельников Н.В., Турчанинов H.A., Оводенко Б.К. Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьерах. Л.: Наука, 1981.-278 с.

54. Мустафина A.M., Гурьевский Б.А. Взаимоувязка параметров горных работ при формировании трассы железнодорожных путей на временных целиках в глубоких карьерах. / Глубокие карьеры. Киев, Наукова думка, 1973. С.97-104.

55. Новожилов М.Г., Маевский A.M., Бондарь С.А., Дриженко А.Ю. Технологические параметры глубоких карьеров. М.: Недра, 1982. -175 с.

56. Новожилов М.Г., Друкованый М.Ф. Обоснование эффективности применения высоких уступов на карьерах. М.: Изв. АН СССР Металлургия и горное дело, 1963. - С.34-40.

57. Новожилов М.Г., Куценко В.И., Дриженко А.Ю. Оптимизация параметров высоких уступов при разработке глубоких горизонтов карьеров // Горный журнал.-1983. -№3.- С. 14-19.

58. Новожилов М.Г., Куценко В.И. Обеспечение равномерного режима вскрышных работ на глубоких карьерах // Горный журнал.-1985. -№3.-С.23-25.

59. Новожилов М.Г., Тартаковский Б.Н., Четверик М.С. Горногеометрический анализ и режим горных работ карьеров. Киев: Наукова думка, 1971.- 144 с.

60. Оводенко Б.К. Горные работы на карьерах Заполярья. Л.: Наука, 1972.

61. Оводенко Б.К., Аршинов С.С. Временно нерабочие борта в карьере. М.: Недра, 1977.-114 с.

62. Оводенко Б.К., Решетняк С.П., Кампель Ф.Б. Развитие горных работ на временно нерабочем борту // Горный журнал.-198 Г. -№1.- С.31-32.

63. Осинцев H.A. Обоснование параметров технологических процессов карьеров на основе управления безопасностью в системе «персонал — рабочее место». Дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск. - 2004. — 155 с.

64. Отчет по научно-исследовательской работе «Обеспечение необходимой производительности карьера «Малый Куйбас» по руде при расконсервации его бортов». Магнитогорск - МГТУ, 2003.

65. Отчет по научно-исследовательской работе «Обоснование рационального направления развития горных работ в карьере «Малый Куйбас» в т.ч. размещение вскрышных пород». Магнитогорск МГТУ, 2001.

66. Пешков A.A. Управление развитием горных работ на глубоких карьерах: Монография. М.: ИПКОН РАН, 1999. - 230 с.

67. Подвишенский С.Н., Иофин C.JL, Ивановский Э.С., Гальперин В.Г. Техника и технология добычи руд за рубежом. М.: Недра, 1986. — 255 с.

68. Проект разработки месторождения «Малый Куйбас». Екатеринбург, 1999.

69. Рахимов В.Р., Аввакумов АЛ. Отработка месторождений крутыми слоями в условиях отставания вскрышных работ // Горный журнал.-1997. -№7.-С.30-33.

70. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В двух частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация. 4-е изд. Перераб. и доп. М.: Недра. - 1985. - 549 с.

71. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть I. Процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1985. - 549 с.

72. Ржевский В.В. Режим горных работ при открытой добыче угля и руды. -М.: Углетехиздат, 1957. 200 с.

73. Рубинштейн С.Б. Методика расчета параметров временных целиков // Проектирование предприятий горнорудной промышленности (тематический сборник). М.: изд. Гипромез, 1974. - С.70-72.

74. Рыльникова М.В. Комплексное освоение рудных месторождений комбинированным способом: монография. — Магнитогорск: МГТУ, 1998. -135 с.

75. Рыльникова М.В. Обоснование параметров комбинированной геотехнологии освоения медно-колчеданных месторождений Урала. -Дисс. док. техн. наук. Магнитогорск. — 1999. - 316 с.

76. Селянин В.Г. Интенсификация горных работ в глубоких карьерах. М.: Недра, 1977. -193 с.

77. Сидоренко В.Н. Повышение эффективности эксплуатации глубоких карьеров с автомобильным транспортом формированием зон концентрации горных работ. Дисс. . канд. техн. наук. JL: ЛГИ, 1987.

78. Степанов В.А. Исследование технологии разработки наклонных и круто падающих залежей этапами. Дисс.канд. техн. наук. М.: МГИ, 1973.

79. Тангаев И:А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. М:. Недра, 1986. — 231 с.

80. Теория и практика работы карьеров Заполярья // Сб. статей под редакцией Грицай А. Л. Апатиты Кольский филиал АН СССР., 1974.8 5. Технологическое оборудование на карьерах / Справочник под редакцией Виноградова B.C. М.: Недра, 1981. - 327 с.

81. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. М.:Недра, 1982. - 406 с.

82. Трубецкой К.Н. и др. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. 478 с.

83. Трубецкой К.Н., Леонов Е.Р., Панкевич Ю.Б. Комплексы мобильного оборудования на открытых горных работах. М.: Недра, 1990. 225 с.

84. Усынин В.И., Грицай А.Л., Решетняк С.П. и др. Регулирование вскрышных работ в глубоких карьерах. Л.: Наука, 1982. - 188с.

85. Ушаков К.З, Каледина Н.О., Кирин Б.Ф. и др. Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело. М.: Изд-во МЕТУ, 2002. — 487 с.

86. Хохряков B.C. К вопросу экономической оценки открытой разработки месторождений по очередям. Изв. вузов, Горный журнал.- 1962. №3. -С.57-60.

87. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений этапами. Изв. Вузов. Горный журнал.-1965. -№10. С.19-26.

88. Хохряков B.C., Скаканцев F.F., Яншин А.З. и др. Экономико-математическое моделирование и проектирование карьеров. М.: Недра, 1977. -200 с.

89. Хохряков B.C., Церенщиков П.Т. Поэтапное развитие горных работ на карьерах — М.: Цветметинформация, 1968. 54 с.

90. Хохряков B.C., Шелест А.Т., Молтусов Г.П., Кмытовенко А.Т. Проектирование карьеров. М;: Недра, 1969. - 216 с.

91. Цыганов A.B. Разработка механизма совершенствования технологических схем карьеров на основе управления безопасностью производства. Дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск. - 2004. - 130 с.

92. Чаплыгин H.H., Островский Э.Ю., Попов A.A. Исследование параметров временно нерабочего борта при отработке карьеров по этапам. / Технологические и экономические аспекты развития открытой разработки месторождений. М.: Наука, 1974. С.55-69.

93. Чаплыгин H.H., Островский Э.Ю., Попов A.A. К вопросу определения объема пустых пород во временно нерабочем борту карьера. / Вопросы повышения эффективности открытых горных работ. М.: изд. СФТГП ИФЗ АН СССР, 1973. С.92-100.

94. Шапарь А.Г. Разработка высоких уступов с обрушением. М.г Недра, 1985. -143 с.

95. Шеймин H.H. Экономическая эффективность и технологические способы увеличения углов рабочих бортов в карьере. //Изв. вузов. Горный журнал. 1981. - №6. - С.23-28.

96. Юматов Б.П., Бунин Ж.В. Строительство и реконструкция рудных карьеров. М.: Недра, 1970. 240 с.

97. Яковлев В.А. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров -Сиб. Отд.: «Наука», 1989. -240 с.