Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование методики выбора рационального направления углубки и построения предельного контура рудного карьера

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Гатаулин, Герман Романович

ВВЕДЕКМЕ.

I. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ И ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ,

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ЦЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Проблемы создания систем автоматизированного проектирования горных предприятий.

1.2 Анализ существующих критериев оптимальности, используемых при проведении горногеометрического анализа.

13 Анализ существующих методов проектирования перспективных границ карьеров.

1.4 Цель, задачи и методы исследований.

П. ОЦЕНКА ГЕОЛОГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

ШТОКВЕРКОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

2.1 Общая характеристика горногеологических особенностей штокверковых месторождений.

2.2 Краткая горно-геологическая характеристика золоторудного месторождения «М».

2.3 Морфологические особенности оруденения и его распределение.

2.4 Особенности сложноструктурных месторождений.

2.5 Анализ качества добываемой руды на месторождении «М».

2.6 Выводы по главе.

П. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО

КОНТУРА РУДНОГО КАРЬЕРА.

3.1 Анализ существующих математических моделей месторождения.

3.2 Выбор и обоснование критерия оптимальности.

3.3 Обоснование применения линейно-блочной модели месторождения для определения границ карьеров.

3.4 Выбор метода автоматизированного проектирования контура карьера.

3.5 Выводы по главе.

IV АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА.

4.1 Дискретизация.

4.2 Выбор языка программирования.

4.3 Разработка комплекса программ для подготовки математической модели месторождения.

4.4 Программа «CONUS».

4.5 Результаты работы программы «CONUS».

4.6 Определение границ открытых горных работ IV очереди карьера

4.7 Определение предельной глубины карьера.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование методики выбора рационального направления углубки и построения предельного контура рудного карьера"

Одной из проблем современной теории и практики проектирования горного производства является проектирование оптимальных границ карьеров и установление рационального направления развития горных работ. Особенно актуальна данная проблема для условий разработки сложноструктурных месторождений цветных и редких металлов, большинство которых по морфологическим и генетическим признакам относится к месторождениям штокверкового типа, характеризующихся, как известно, сложной стадийностью процесса формирования и зависимостью интенсивности оруденения от предрудной тектонической обстановки.

Решению данной проблемы посвящено значительное число научных работ таких известных ученых, как академиков М.И.Агошкова, Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского, К.Н.Трубецкого, член-корресондента Д.М.Бронникова, профессоров

П.И.Городецкого, Ф.Г.Грачева, Ю.И.Анистратова, П.П.Бастана, Г.Г.Ломоносова, М.Г.Новожилова, А.И.Арсентьева, С.С.Резниченко, Б.А.Симкина, В.С.Хохрякова, Б.П.Юматова, Ж.В.Бунина и ряда других ученых. Ими созданы научно-методические основы проектирования оптимальных границ карьеров и определения рационального направления развития горных работ, оптимизации горногеологических и горноэкономических параметров карьерных и шахтных полей, систем разработки, новых технологических методов добычи полезных ископаемых и т.д. Вместе с тем, отдельные крупные задачи, и в том числе оптимизация границ карьеров и порядка отработки рудных месторождений со сложным характером распределения полезного компонента, не получили обстоятельного научного решения, что отрицательно сказывается на эффективности использования ценных минеральных ресурсов.

В связи с этим высокую актуальность приобретает совершенствование существующих и разработка новых, прогрессивных методов автоматизированного проектирования оптимальных границ карьеров и определения рационального направления развития горных работ при разработке рудных месторождений штокверкового типа, со сложным характером оруденения, обеспечивающих значительное повышение эффективности как работы проектных институтов, так и производственной деятельности горнодобывающих и перерабатывающих комплексов.

Цель работы - создание методики автоматизированного проектирования границ и выбора направления развития открытых горных работ для месторождения с крайне сложным характером оруденения.

Основная идея работы заключается в том, что при определении параметров карьеров и порядка развития в них горных работ в условиях разработки рудного месторождения необходимо разработать методику и использовать критерий, способный учитывать влияние морфологоструктурной сложности рудных блоков, вариации содержания полезного компонента в них и технологических свойств составляющих их руд на показатели выемки и переработки.

Научные положения, защищаемые автором:

1 .Границы открытых горных работ предлагается определять по разработанной методике, основанной на графо-аналитическом принципе академика В.В.Ржевского, предусматривающей детальный анализ развития рабочей зоны карьера, равенство текущего и предельного коэффициентов горной массы и учитывающей особенности геологического строения сложноструктурных штокверковых месторождений.

2.В качестве критерия оптимизации направления развития горных работ предлагается использовать показатель, представляющий собой модернизированный коэффициент горной массы, который, в отличие от ранее применявшихся, учитывающих только один из факторов сложности геологического строения, позволяет оценить в комплексе все основные параметры оруденения, влияющие на параметры выемки и обогащения морфологоструктурную сложность рудных блоков, вариации содержания полезного компонента в них и технологических свойств руд на показатель выемки и переработки.

3. При составлении линейно-блочной математической модели месторождения помимо среднеблочных показателей рудоносности и содержания необходимо задавать долевые показатели составляющих их морфологоструктурных и качественно-технологических единиц.

4. При автоматизированном поиске оптимального направления развития горных работ и предельной глубины карьера следует отказаться от учета контурной информации, как существенно ограничивающей возможности ЭВМ.

Научное значение работы заключается в разработке комплексной методики построения предельного контура рудного карьера и установления рационального направления развития горных работ для месторождения со сложным характером распределения полезного компонента, обеспечивающей достижение максимальной экономической эффективности при проектировании и эксплуатации месторождения.

Практическое значение работы состоит в создании комплекса программ для ЭВМ по поиску оптимальных границ карьера на примере месторождения «М».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается применением современных методов научных исследований: обобщения и анализа научно-технической литературы и результатов научных исследований; метода математического моделирования с использованием ЭВМ; метода сравнения и анализа полученных результатов и ранее имеющихся проектных расчетов.

Реализация выводов и рекомендаций:

Результаты выполненных исследований рассмотрены на научно-техническом совещании отдела ОГР института ВНИПиПромтехнологии и рекомендованы к дальнейшему использованию при проведении научных исследований и проектировании параметров IV очереди карьера «М».

Апробация работы: основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях МГГА (19981999гг).

Объем работы. Диссертация изложена на 115 страницах, включает 19 таблиц и содержит 39 рисунков и схем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 52 наименований отечественных и зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Гатаулин, Герман Романович

Выводы и рекомендации:

1. Обоснованы методические принципы разработки математической модели для условий сложноструктурного штокверкового месторождения на примере золоторудного поля «М». Учитывая, что исходная информация была представлена на поперечных геологических разрезах и потребовала такой интерпретации, которая позволила бы иметь незначительную погрешность моделирования при низком значении трудоемкости процесса подготовки исходной информации, было проведено обоснование применения линейно-блочной модели, основанной на принципе дискретизации.

2. Создана собственная оригинальная графическая база данных, преимущество которой заключается в том, что она приспособлена для нужд конкретной поставленной задачи с учетом особенностей и специфики исходных данных.

3. При поиске границ открытых горных работ рекомендовано использовать принцип, предусматривающий использование в качестве критерия оптимальности минимального текущего коэффициента горной массы, обеспечивающий максимальное извлечение металла при учете морфологоструктурной сложности рудных блоков, вариаций содержания полезного ископаемого в них и технологических свойств руды на показатель выемки и переработки.

4. Проведено обоснование применения линейно-блочного моделирования на месторождениях штокверкого типа и установлено, что применение линейно-блочной модели месторождения не повлечет за собой существенного увеличения погрешности результатов по сравнению с другими способами моделирования.

5. Разработан алгоритм определения границ карьера и установления оптимального направления развития горных работ, основанный на элементах метода подвижного конуса, линейно-блочной модели месторождения и предложенного критерия оптимальности.

6. На основе алгоритма создан комплекс компьютерных программ, позволяющих визуализировать процесс углубки рабочей зоны карьера и предоставляющий возможность пользователю изменять исходные параметры систем разработки.

7. Установлено, что отказ от контурной информации, как одного из критериев при поиске оптимального направления развития горных работ, позволяет увеличить количество металла в контурах карьера более чем на 3% при уменьшении объема извлекаемой горной массы более чем на 7%.

8. С помощью созданной компьютерной программы CONUS определены границы IV очереди месторождения «М» и уточнено направление развития рабочей зоны карьера с учетом предложенного критерия оптимизации.

9. На основе полученных данных построена номограмма определения предельной глубины карьера при заданных бортовых содержаниях полезного ископаемого.

Публикации:

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бунин Ж.В., Иванов В.А., Гатаулин Г.Р. Развитие метода автоматизированного проктирования границ карьеров. Горный журнал. 1999г. №7, с 43-44,

2. Бунин Ж,В., Гатаулин Г.Р. Разработка математической модели месторождения. Тезисы докладов на международной конференции 'Новые идеи в науках о земле'. Москва, 1999г. с.23.

3. Бунин Ж.В., Гатаулин Г.Р. Развитие графоаналитического метода определения границ карьера. Сборник статей "Научные проблемы горного производства". Москва, 2000г., с.219-226.

4. Гатаулин Г.Р. Формирование рабочей зоны на глубоких горизонтах карьера Мурунтау. Тезисы докладов на международной конференции 'Новые идеи в науках о земле'. Москва, 2001г. с. 16-17

Заключение:

В результате проведенных исследований в диссертации предложено новое решение актуальной научной задачи, заключающееся в обосновании методики автоматизированного проектирования предельного контура рудного карьера и выбора рационального направления развития открытых горных работ в условиях разработки сложноструктурных рудных месторождений штокверкового типа.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Гатаулин, Герман Романович, Москва

1. Аленичев В.М.,Вдовина О.Ю. Автоматизированное построение контура карьера.,Изв. ВУЗов,Торн. ж.', 1986,№3, с. 19-23.

2. Анистратов А.И. Определение границ отработки месторождений полезных ископаемых открытым способом., Изв.ВУЗов,Торн.ж.',1996,№11-12,0.24-27.

3. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей.М.,Недра, 1981.

4. Арсентьев А.И. Критерии оценки оптимальности направления горных работ в карьере. Записки ЛГИ, т13, вып.1, Л.,1972, с 8-13.

5. З.Арсентьев А.И. Определение производительности и границ карьеров.М.,Недра, 1970.

6. Арсентьев А.И.,Полищук А.К. Развитие методов определения границ карьеров.М.Недра, 1967.

7. Арсентьев А.И.,Холодняков Г.А. Проектирование горных работ при открытой разработке месторождений.М.Недра,1994.

8. Астафьев Ю.П. Компьютеры и системы управления в горном деле за рубежом.М,,Недра,1989.

9. Ашаев Ю.П.,Андреева Г.Н. Моделирование развития горных работ,в сб:Оптимизация параметров и процессов разработки рудных месторождений.,Алма-Ата, 1986,с.75-84.

10. Ю.Бартеньев О.В. Современный РоПгап.М.,Диалог-МИФИ,1998.

11. Букейханов Д.Г.Лшаев Ю.Ц.,Съедин В.Ф. Объемное моделирование горно-геометрических параметров на ЭВМ.Изв.ВУЗов, Торн.ж.', 1983 ,№ 10,с. 1 -5.

12. И.Бунин Ж.В., Совершенствование поэтапной разработки и реконструкции рудных карьеров., Докторская диссертация, Москва,1984, С73-77.

13. З.Бунин Ж.В.,Папичев В.И. Результаты автоматизированного выбора рационального напрравления развития горных работ на Южном участке Сорского карьера.В межвузовском сборнике 'Механизация открытых горных работ',вьшуск2,Свердловск, 1978.

14. Бунин Ж.В.,Папичев В.И.,Градусов М.С. Способ открытой разработки сложноструктурных месторождений., А.С.912933(СССР), опубл. в Б.И.,1983,№5.

15. Бунин Ж.В.,Пирязев И.А.,Рожнов Е.В. Методология автоматизированного проектирования границ рудных карьеров.Доклад на международном симпозиуме на тему:'Направление модернизации горного дела.' Краковская горнометаллургическая академия, 1991.

16. Квитка В.В.,Левин Е.А. Моделирование открытых горных работ в подсистеме выбора главных параметров полиметаллических карьеров.Изв.ВУЗов, Торн.ж.', 1978,№ 11 ,с 1 -7.

17. Коробов С.Д. Разработка оптимизационных методов горногеометрического анализа при освоении рудных месторождений открытым способом.Диссерт. на соиск.ученой степени докт.техн.наук.М.,1994.

18. Коробов С.Д.Досачева Л.Н.,Щавинский Г.В.,Трамбицкий A.B. Горно-геометрический анализ при создании автоматизированной системы проектирования карьеров.Горн.ж.,1972,№9,с.13-17.

19. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руды при открытой добыче. М.,Недра, 1975.

20. Лукьянов А.Н.,Толстов Е. А.,Иоффе A.M. Перспективы открытой разработки месторождения Мурунтау.,Горн.ж.,№9,1998.23 .Лукьянов А.Н.,Толстов Е.А.,Иоффе A.M. Концепция развития горных работ на месторождении Мурунтау.,1999.

21. Мазуркевич А.П.,Зайков В.Г.Данцель A.В.,Данилов А.В.,Кокушев В.И., Червоненкис А.Я. Компьютерные методы построения математических моделей месторождения и подсчет запасов по ним.

22. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам., М., Недра, 1974.26. Меткалф М.,Рид.Дж. Описание языка программирования1. Фортран 90. М.,Мир,1995.

23. Папичев В.И.,Якубова Н.М.,Зайков В.Г. Моделирование карьерных полей методом усеченного конуса.Изв.ВУЗов Торн.ж. М 981 ,№2,с. 17-20.

24. Полищук А.К.,Полищук Г.К.,Михайлов A.M. Оптимизация развития открытых горных работ. М.,Недра, 1976.

25. Резниченко С.С. Основы теории оптимизаций кондиций на руду при проектировании и эксплуатации карьеров. Автореферат докторской диссертации. М., фонды МГИ, 1979.

26. Ржевский В.В. Проектирование контуров карьера.Металлургиздат, 1956.

27. Салманов О.Н. Оценка инвестиций в реальные активы., Учебное пособие, М., МГГА, 1997.

28. Саканцев Г.Г. Разработка методов повышения достоверности определения границ глубоких карьеров. Автореферат кандидатской диссертации. Свердловск, фонды СГИ, 1971.

29. Симкин Б,А.,Шкута Ю.К. Теория горно-геометрического проектирования карьеров.,М.,Наука, 1985,с.94.

30. Слуцман Л. А. Определение оптимального направления углубки карьера на поперечном разрезе. В сб: Проблемы работы карьеров Севера.Л.,1968,с. 123-131.

31. Соловьев П.В. Фортран для персонального компьютера. ,М., Арист, 1991.

32. Соловьева М.Н. Определение контура карьера с применением теории графов. В кн: Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере. Л.,Наука, 1981 ,с.87-92.

33. Съедин В.Ф. Установление направления развития развития горных работ методом объемного математического моделирования при открытой разработке крутопадающих сложноструктурных месторождений., Автореферат кандидатской диссертации, Л., ЛГИ, 1980.

34. Трусов Б.Г. Программирование на языке Фортран-77.,М.,Высшая школа,1993.

35. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя.М.,Финансы и статистика., 1993.

36. Хохряков B.C. Проектирование карьеров. М.,Недра,1980.

37. Хохряков B.C., Корнилков C.B., Неволин Г.А., Каплан В.М. Автоматизированное проектирование карьеров.Учебное пособие.,М.,Недра, 1985.

38. Шпанский О.В. Развитие основ горно-геометрического моделирования карьеров при проектировании разработки крутопадающих месторождений., Докторская диссертация, Санкт-Петербург, 1999.

39. Эйнарсон Бо,Шокин Ю.И. Фортран 90.Книга для программирующих на языке Фортран-77.Новосибирск,Изд-во СО РАН "Инфолио", 1995.

40. Юматов Б.П. Метод оппределения контуров карьера с учетом экономики отрасли промышленности.Горн.ж., 1982,№2,с.24-25.

41. Юматов Б.П. Основные вопросы комбинированной разработки рудных месторождений. Автореф,докт. дисс.,МИРГЕМ,М., 1962.

42. Юматов Б.П. Технология открытых горных работ при комбинированной разработке месторождений.М.,Недра, 1966.с.55-66

43. Юматов Б.П.,Бунин Ж.В. Строительство и реконструкция рудных карьеров.М.,Недра, 1978.

44. Юматов Б.П.,Бунин Ж.В.,Папичев В.И. Методика выбора оптимального варианта разработки участков месторождения. "Горный Журнал", 1976, №7, с 19-22.

45. Юматов Б.П.,Папичев В.И. Проектирование карьера с учетом метода усеченного конуса.Учебное пособие.М.,МГРИ,1981.

46. Яшкин А.З.,Беляев В. Л.,Каплан В.М.,Полонский Л.Я. Модель месторождения и рабочей зоны карьера.В кн:

47. Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере.Л.Наука, 1981,с.53-55.

48. Kim Y.C. Technical Overview "Computer Methods for the 80's",New York,1979,p.297-303.

49. Wilke F.L.,Mueller U.,Wright E.Ultimate pit and production scheduling optimization. APCOM, 1984.