Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование методов управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны карьера

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование методов управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны карьера"

контрольный авдиив,

На правах рукописи

Бурмистров Константин Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ОТРАБОТКИ УЧАСТКОВ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА

Специальность 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования

горнотехнических систем»

Автореферат

диссертацйи на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Зотеев Олег Вадимович

кандидат технических наук, доцент Грязное Михаил Владимирович

Ведущая организация:

ОАО «Учалинский ГОК»

Защита диссертации состоится «8» декабря 2005 года в 1530 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) 29-28-86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ.

Автореферат разослан «2» ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

ПЪ40

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях колебания цен и спроса на минеральное сырье, достигающего 30% и более, обеспечение оперативного регулирования объемов добычи становится для горнодобывающих предприятий наиболее актуальным.

Традиционный подход к проектированию карьеров не предусматривает изменения производительности по руде в течение длительных периодов, при этом колебание интенсивности горных работ в карьере не превышает 5%. Производимые изменения объемов добычи, осуществляемые при реконструкции карьера, как правило, связаны с интенсификацией разработки. Данный подход ориентирован на продолжительные периоды и предполагает значительные затраты на приобретение дополнительных единиц горнотранспортного оборудования, замену имеющегося оборудования на более мощное или изменение параметров системы разработки.

В настоящее время эффективное функционирование и развитие горнодобывающих предприятий во многом зависит от своевременного изменения производительности карьера в соответствии с колебанием потребности в минеральном сырье, формирования в нерабочих бортах участков карьера подземных горных выработок, размещения в отработанной части карьера отвалов вскрышных пород и отходов металлургического производства. Это требует оперативного управления интенсивностью горных работ на участках карьера путем изменения конструкции рабочей зоны и концентрации технологического оборудования на различных ее участках, а также учета факторов, ограничивающих управление интенсивностью. Однако существующая научно-методическая база в области проектирования и планирования открытых горных работ не позволяет осуществлять управление интенсивностью разработки отдельных участков карьера, обеспечивать гибкое реагирование на колебания потребности в добываемом сырье, снижать затраты на разработку месторождения.

Решение комплекса задач по управлению интенсивностью горных работ на отдельных участках рабочей зоны карьера может быть обеспечено за счет оптимальной последовательности их разработки путем обоснованного изменения концентрации оборудования и конструкции рабочей зоны. В связи с этим обоснование методов управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера является актуальной научно-практической задачей.

Целью работы является обоснование методов управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны карьера в условиях изменения спроса и цен на добываемую руду.

Идея работы заключается в том, что управление интенсивностью горных работ в карьере достигается обоснованным изменением концентрации оборудования и конструкции рабочей зоны на различных ее участках.

Объект исследования - рабочая зона железорудных карьеров.

Основные задачи исследований:

1. Анализ опыта эксплуатации отечественных карьеров и выявление путей повышения эффективности открытых горных работ н/совревденияя экономических

3 1 БИБЛИОТЕКА |

!

условиях.

2. Разработка комплекса показателей интенсивности и концентрации горных работ, концентрации оборудования в карьере.

3. Установление зависимости между интенсивностью горных работ и концентрацией оборудования для выбора способов формирования рабочей зоны на участках карьера.

4. Выявление факторов, ограничивающих управление интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера.

5. Разработка экономико-математической модели оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера.

6. Систематизация методов управления интенсивностью горных работ для различных временных периодов изменения спроса на продукцию.

7. Разработка алгоритма управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера и оценка экономической эффективности предлагаемых рекомендаций.

Научные положения, представленные к защите:

1. Интенсивность разработки карьера и отдельных его участков необходимо рассматривать как управляемый процесс реагирования горнодобывающего предприятия на изменение потребности в добываемом сырье. Повышение интенсивности горных работ при росте концентрации оборудования обеспечивается увеличением дискретности рабочей зоны.

2. Повышение эффективности открытой геотехнологии в условиях колебания спроса и цен на добываемую руду достигается применением разработанного механизма управления интенсивностью горных работ, включающего:

- анализ интенсивности и концентрации горных работ, концентрации оборудования в рабочей зоне;

- оптимизацию последовательности разработки участков карьера на основе разработанной экономико-математической модели;

- выбор способа формирования рабочей зоны на основе установленных зависимостей интенсивности горных работ от концентрации оборудования в рабочей зоне;

- применение обоснованных методов управления интенсивностью горных работ.

3. Проектирование параметров карьеров, последовательности и интенсивности отработки участков рабочей зоны, периодов формирования внутренних при-гружающих отвалов в зависимости от сроков обеспечения временной устойчивости нерабочих бортов позволяет сократить объемы вскрышных работ и снизить расстояние транспортирования вскрыши.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов, включающий методы математической статистики, экономико-математического и технологического моделирования, технико-экономический анализ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются надежностью и представительностью исходных дан-

4

ных; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами практической реализации разработок и предложений.

Научную новизну работы составляют:

1. Комплекс взаимосвязанных показателей, приведенных к величине площади активной рабочей зоны, для оценки влияния концентрации горных работ и оборудования на интенсивность разработки как карьера в целом, так и отдельных его участков.

2. Зависимость интенсивности горных работ в карьере от концентрации оборудования для выбора способов формирования отдельных участков рабочей зоны карьера.

3. Экономико-математическая модель оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера.

4. Методы управления интенсивностью горных работ, позволяющие осуществлять регулирование производительности карьера при различных временных периодах изменения спроса на добываемую руду.

Практическая значимость работы состоит в разработке алгоритма рациональной последовательности и интенсивности отработки участков рабочей зоны карьера в условиях изменения спроса и цен на добываемое сырье, а также в обосновании способа поэтапного снижения затрат при проектировании отработки участков рабочей зоны с различной интенсивностью.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности карьера «Малый Куйбас» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2004 г.), на IV Всероссийской конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов» (г. Магнитогорск, 2004 г.), на 63 научно-технической конференции по итогам НИР (г. Магнитогорск, 2004 г.), на Молодежной научно-практической конференции в рамках Уральской горнопромышленной декады (г. Екатеринбург, 2005 г.), на III международной научно-практической конференции «Геотехнология-2005: Проблемы развития горнодобывающих отраслей промышленности и безопасности контролируемого использования хризотилового волокна и хризотилсо-держащих материалов» (г. Житикара, 2005 г.), на научно-технических семинарах факультета горных технологий и транспорта МГТУ, на заседаниях кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых МГТУ.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, 20 таблиц, список литературы из 104 наименований.

«s

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено актуальности выбранной темы, общей характеристике работы.

В первой главе проведен анализ состояния методической базы обоснования рационального порядка отработки месторождений и управления интенсивностью горных работ; выявлены пути повышения эффективности функционирования отечественных железорудных карьеров.

Вопросам интенсивности горных работ и повышения эффективности горного производства посвящены многочисленные работы отечественных ученых. Существенный вклад в решение данных проблем внесли труды академиков АН СССР и РАН А.И. Арсентьева, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, чл.-кор. РАН А.А. Пешкова, В.Л. Яковлева, д-ров техн.наук Ю.И. Анистратова, А.И. Арсентьева, С.Е. Гавришева, В.А. Галкина, В.И. Ганицкого, П.Э. Зуркова, В.В. Истомина, B.C. Коваленко, C.B. Корнилкова, Н.В. Мельникова, М.Г.Новожилова, С.И. Попова, С.П. Решетняка, В.Г. Селянина, П.И. Томакова, Г.А. Холоднякова, B.C. Хохрякова, канд. техн. наук М.А. Кононыхина, В.Н. Сидоренко и других ученых.

Традиционно при проектировании и эксплуатации карьеров обоснование рационального порядка отработки месторождений направлено на регулирование текущего коэффициента вскрыши путем изменения во времени объемов вскрышных работ при постоянной производительности по руде. Это достигается путем применения на карьерах способов формирования рабочей зоны с различной дискретностью. Изменение производительности по руде осуществляется при реконструкции карьера путем интенсификации разработки месторождения. Интенсификация горных работ предусматривает наращивание производительности карьера по руде и вскрыше на основе увеличения количества или изменения типа применяемого горнотранспортного оборудования, а также изменения параметров системы разработки. Практическая реализация способов интенсификации горных работ предусматривает значительные капиталовложения и продолжительные сроки реализации, что не всегда целесообразно в современных экономических условиях. Для обеспечения своевременного реагирования на изменение потребности в добываемом сырье актуальным становится решение вопросов управления интенсивностью горных работ > в карьере.

В настоящее время большинство железорудных месторождений разрабатываются карьерами, имеющими вытянутую форму в плане. Такая форма карьеров : позволяет выделить в рабочей зоне отдельные участки, порядок отработки которых может существенно отличаться. Управление интенсивностью горных работ на отдельных участках позволит снизить затраты на разработку месторождения.

Вместе с тем сформулированные в настоящее время подходы к регулированию интенсивности разработки месторождений предусматривают решение отдельных задач по выбору способа формирования рабочей зоны и распределению оборудования по участкам карьера без комплексного их рассмотрения. Решение этих задач в комплексе позволит управлять интенсивностью горных работ в изменяю-

щихся экономических условиях и повысить эффективность разработки железорудных месторождений.

Во второй главе разработан комплекс показателей интенсивности и концентрации горных работ и оборудования в рабочей зоне; исследовано влияние концентрации горных работ и оборудования на интенсивность горных работ в рабочей зоне карьера; определены факторы, ограничивающие управление интенсивностью разработки.

В работе под управлением интенсивностью разработки карьера понимается совокупность последовательных операций по оценке состояния горных работ, целенаправленному изменению концентрации горных работ и оборудования в рабочей зоне, организации горных работ на смежных горизонтах и контролю заданных технологических параметров.

В настоящее время оценка интенсивности и концентрации горных работ производится на основе отдельных, не взаимосвязанных показателей, что не позволяет учитывать влияние дискретности рабочей зоны и концентрации оборудования на интенсивность горных работ. Для учета данного влияния показатели интенсивности разработки месторождения, концентрации горных работ и оборудования были сгруппированы и приведены к единой величине - площади активной части рабочей зоны, вовлекаемой в разработку в течение планируемого периода (табл. 1). Расчет значений показателей по данным формулам позволяет производить оценку влияния концентрации горных работ и оборудования на интенсивность разработки карьера в целом и отдельных его участков как на стадии проектирования, так и при текущей эксплуатации карьера.

Таблица 1

Показатели интенсивности и концентрации горных работ, концентрации оборудования в рабочей зоне

Наименование показателя Ед. изм. Формула

Карьер Участок карьера

Интенсивность ведения горных работ м3/м2год ргм г 5уа

Концентрация горных работ доли ед. к г =

Концентрация экскаваторов в рабочей зоне тыс.м2/м3 ЪЕ СУ у °о

Здесь - производительность карьера по горной массе, м /год; - площадь активной части рабочей зоны, м2; £<2? - суммарная производительность экскаваторов, работающих на участке карьера, м3; - площадь активной части рабочей зоны участка карьера, м2; 8УР, - общая площадь рабочей зоны на участке карьера, м2; ЕЕ - суммарная емкость ковшей экскаваторов, работающих в рабочей зоне карьера (участка карьера), м3.

Для оценки влияния концентрации оборудования на интенсивность ведения горных работ при различных способах формирования рабочей зоны были проведены исследования на условной геометрической модели участка карьера. На основе обобщения параметров рудных карьеров была принята модель со следующими параметрами: диаметр участка карьера по верху 1000 м, высота рабочей зоны 100 м. Проведенные исследования позволили установить диапазон изменения концентрации горных работ для различных способов формирования рабочей зоны и определить значения предельных величин, до которых целесообразно увеличивать концентрацию оборудования (рис. 1). Увеличение концентрации оборудования свыше этих значений приводит к снижению интенсивности горных работ. При переходе от непрерывной рабочей зоны к дискретной по фронту и высоте интенсивность горных работ может быть увеличена более чем в 2 раза.

70,0

- рабочая зона непрерывная (к,=1)

-рабочая зона дискретная по фронту (к,=0,7) -рабочая зона дискретная по фронту и высоте (кг=0,5)

к,, тыс.м /м

Рис. 1. Зависимость интенсивности горных работ (1г) от концентрации оборудования в рабочей зоне (кэ)

Для достижения расчетных значений интенсивности необходимо при проектировании и планировании горных работ учитывать факторы, ограничивающие управление интенсивностью разработки, и предусматривать способы снижения влияния данных факторов. Основными факторами, ограничивающими управление интенсивностью разработки участков карьера, являются:

- снижение производительности экскаваторов в добычной зоне при осуществлении селективной выемки полезного ископаемого и при подготовке новых горизонтов;

- возрастание объемов работ по заоткоске борта карьера при постановке его в нерабочее положение;

- увеличение взаимовлияния горных работ на смежных горизонтах при повышении концентрации оборудования в рабочей зоне.

Снижение производительности экскаваторов в добычной зоне карьеров вызвано наличием работ по селективной выемке горной массы и проходке траншей при подготовке новых горизонтов. Производительность выемочно-погрузочного оборудования при этом в 2-2,5 раза ниже по сравнению с работами во вскрышной зоне, что снижает скорость подготовки новых горизонтов. Устранение данного не-

достатка достигается применением в добычной зоне комплексов оборудования с экскаваторами «обратная лопата», технологические особенности которых позволяют работать в сложных условиях практически без снижения производительности. При этом скорость подготовки новых горизонтов в 1,5 раза превышает подготовку экскаваторами «прямая лопата».

Возрастание объемов работ по заоткоске борта карьера происходит при достижении рабочими уступами конечных контуров. Полученные зависимости скорости постановки борта в нерабочее положение (У«„) от интенсивности горных работ показывают, что при увеличении интенсивности разработки на скорость постановки борта в нерабочее положение основное влияние оказывает изменение угла рабочего борта (фр) по сравнению с изменением угла формируемого нерабочего борта (ф„). Результаты исследований позволяют обоснованно выбирать способы производства работ и комплексы оборудования для заоткоски борта карьера при различных способах формирования рабочей зоны (табл. 2).

Таблица 2

Выбор способа производства работ и технологического оборудования при

постановке борта карьера в нерабочее положение

Рабочая зона Среднее значение Уй„, м/год Способ производства работ Определяющие параметры выбора технологического бурового оборудования

Непрерывная 17 Бурение и взрывание контурных скважин на высоту рабочего уступа Скорость перемещения, скорость бурения, глубина бурения скважин на высоту рабочего уступа

Дискретная по фронту 46 Бурение и взрывание контурных скважин на высоту совмещенного нерабочего уступа Скорость бурения, глубина бурения скважин на высоту совмещенного нерабочего уступа

Дискретная по фронту и высоте 86 Бурение и взрывание контурных скважин на высоту совмещенного нерабочего уступа Скорость перемещения, скорость бурения, глубина бурения скважин на высоту совмещенного нерабочего уступа

Увеличение взаимовлияния горных работ, проводимых на смежных блоках, приводит к несвоевременному выполнению плановых объемов выемки горной массы. Разработанный способ детализированного планирования горных работ по-I зволяет учитывать данное влияние. Этот способ основывается на комплексном использовании сетевых и ленточно-сетевых графиков. На первом этапе производится оценка затрат времени на выполнение основных и вспомогательных операций, на ' основе которых разрабатываются сетевые графики выполнения работ. На втором этапе разрабатываются ленточно-сетевые графики, в которых учитываются затраты времени на выполнение данных работ. Такой подход позволяет учитывать взаимовлияние горных работ на смежных блоках, планировать время работы горной техники, работы по техническому обслуживанию оборудования, взрывные работы и практически исключить ошибки при планировании. Проведенные на карьере «Малый Куйбас» исследования показали, что при увеличении интенсивности горных работ в Южной части карьера неучтенное время работы оборудования составит 18 смен в месяц, что приведет к снижению плановых объемов выемки на

20%. Применение данного подхода позволяет сократить неучтенное время работы оборудования до 2 смен в месяц (рис. 2). Достоверность планирования при этом достигает 95-97%.

а - традиционное планирование горных работ

Овки "Р1—■

б - детализированное планирование горных работ

§|ЕЕ

3 — "Ч

Э т 0 ■■

555ш1м5Бям Ки55н55мн5

Ш £03 ПЕ Ш С 2 ВВ 00 ЕШ ш

время, затрачиваемое на перегоны и простои техники в течение суток; проведение взрывных работ,

окончание выполнения технологических операций в течение суток окончание выполнения технологических операций

£ 3"

9

«»■■■■шзшн

|£:«гцпова1л

экскавация горной массы; бурение скважин; подготовительные операции

Рис.2. Ленточно-сетевые графики производства работ на примере карьера «Малый Куйбас» ОАО «ММК»

Устранение влияния факторов, ограничивающих управление интенсивностью горных работ, обусловливает дополнительные затраты, оказывающие влияние на выбор последовательности разработки участков рабочей зоны карьера. Выбор рациональной последовательности разработки участков необходимо производить на основе экономико-математической модели.

В третьей главе разработана экономико-математическая модель оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера при управлении интенсивностью горных работ; обоснованы методы управления интенсивностью горных работ; разработан алгоритм управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера.

Для решения задачи оптимальной последовательности отработки участков рабочей зоны карьера разработана экономико-математическая модель. Модель состоит из целевой функции, ограничения на финансовые ресурсы, ограничений по

концентрации горных работ и концентрации оборудования в рабочей зоне карьера.

Целевая функция задачи управления интенсивностью горных работ зависит от условий сбыта горнодобывающим предприятием готовой продукции. В случае, когда предприятие осуществляет продажу добываемой руды, целевая функция максимизирует дисконтированную прибыль

I Ъ((Ц, ■*,.< -$и)~(Ц.-1 -8ы_,))-*тах. (1)

Когда карьер является структурным подразделением перерабатывающего предприятия, целевая функция минимизирует приращение затрат при изменении интенсивности горных работ

-5/,н)->тт, (2)

где (=1,2,...,Т - период разработки месторождения, лет; /=7,2,....,/У- номер участка карьера; Ц, - цена на добываемую руду в /-й период, руб./т; Ц,., - цена на добываемую руду в (1-1)-й период, руб./т; х, - объем добываемой руды в (-й период, млн т; д:,_/ - объем добываемой руды в (и!)-й период, млн т; - затраты на разработку месторождения на /-м участке в /-й период, руб.; - затраты на разработку месторождения на ;-м участке в (1-1)-й период, руб.

Ограничение на финансовые ресурсы - суммарная величина денежных средств, расходуемых на управление интенсивностью горных работ, не должна превышать имеющегося на предприятии объема средств, расходуемых на данные цели:

(3)

<=//=/

где К - имеющиеся на карьере денежные средства, расходуемые на управление интенсивностью горных работ.

Ограничение по концентрации горных работ - выбранный способ формирования отдельных участков рабочей зоны карьера должен обеспечивать концентрацию горных работ к/, при которой достигается необходимая интенсивность разработки:

# * 5"

"р.3

где ¡>а — активная часть рабочей зоны на /-м участке рабочей зоны карьера, м2; - площадь рабочей зоны на г-м участке карьера, м2; кг - концентрация горных работ, обеспечивающая необходимую интенсивность разработки.

Ограничение по концентрации выемочно-погрузочного оборудования - количество оборудования, находящегося в рабочей зоне участков карьера, п' не должно снижать интенсивность горных работ

N М О' "

где у'=/Д ,М - типы применяемого выемочно-погрузочного оборудования; 01" - производительность карьера по горной массе на ;-м участке, млн м3; -производительность_/-й единицы техники на /-м участке, млн м3; - количество экскаваторов, при котором достигается предельная концентрация оборудования в рабочей зоне /-го участка, ед.

Результатом решения предлагаемой модели является оптимальная последовательность отработки участков рабочей зоны карьера.

С учетом прогноза колебаний спроса и цены на минеральное сырье необходимо осуществлять управление интенсивностью горных работ с использованием комплекса методов:

«регулирование концентрации горных работ» - включает выбор последовательности разработки участков карьера и способа формирования рабочей зоны на участках карьера;

«регулирование концентрации оборудования» - основан на распределении оборудования по участкам карьера и в рабочей зоне участков карьера;

«выполнение ограничивающих работ» - предполагает определение факторов, ограничивающих управление интенсивностью разработки и выбор способов производства горных работ, позволяющих снизить влияние данных факторов.

Каждый метод имеет определенную область применения, которая зависит от периода изменения спроса на продукцию горнодобывающего предприятия. В соответствии с изменением потребности в добываемом сырье в работе выделено 3 периода изменения спроса: краткосрочный, продолжительный и долгосрочный (табл. 3).

Таблица 3

Систематизация методов управления интенсивностью горных работ_

Метод Расчетный период реализации

Краткосрочный (до 5 лет) Продолжнтелън ый (5-10 лет) Долгосрочный (более 10 лет)

Регулирование концентрации горных работ Изменение концентрации горных работ в добычной зоне Изменение дискретности вскрышной зоны участков карьера

Регулирование концентрации оборудования Использование вскрышных комплексов оборудования на добычных работах Распределение оборудования по участкам рабочей зоны карьера Приобретение дополнительного оборудования и распределение в рабочей зоне карьера

Выполнение ограничивающих работ Снижение влияния ограничивающих факторов в добычной зоне Снижение влияния ограничивающих факторов в добычной и вскрышной зонах

Для практической реализации разработанной оптимизационной математической модели и методов управления интенсивностью горных работ предложен алгоритм управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны (рис. 3). Алгоритм предусматривает последовательность действий по выбору варианта рациональной отработки участков рабочей зоны карьеров по следующим этапам: определение необходимой производительности по руде и интенсивности горных работ;

оценка фактического состояния работ в карьере; последовательное применение методов управления интенсивностью разработки; оптимизация последовательности отработки участков и контроль заданных параметров.

Рис. 3. Алгоритм управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны карьера

Таким образом, управление интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера обеспечивает своевременное реагирование на изменение потребности в добываемом сырье и позволяет повысить эффективность разработки месторождений. Кроме того, для обеспечения эффективности необходимо на стадии

проектирования разработки месторождения предусматривать способы снижения общих и эксплуатационных затрат.

В четвертой главе обоснован способ поэтапного снижения затрат при проектировании отработки участков рабочей зоны карьера с различной интенсивностью; приведен пример реализации разработанного механизма управления интенсивностью на карьере «Малый Куйбас» рудника ОАО «ММК» и произведена оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий.

Проектирование отработки отдельных участков рабочей зоны карьера с различной интенсивностью позволяет поэтапно снижать затраты на разработку месторождения. Способ поэтапного снижения затрат основан на увеличении угла откоса бортов карьера в конечном положении и сокращении расстояния транспортирования вскрышных пород при формировании внутреннего пригружающего отвала.

Применение данного способа возможно при своевременном формировании внутреннего пригружающего отвала путем обеспечения необходимой интенсивности горных работ на участках рабочей зоны карьера. Условие достижения интенсивности разработки участков карьера от необходимого объема пригружающего отвала и срока стояния сформированного временно устойчивого борта представлено формулой:

N /„„ V

ИЛ,*"

1=2 1=1

N Тст ' С6)

1=2 1=1

где 1=2,3,...,М - номер участка карьера; Упо - объем отвала, пригружающего временно устойчивый борт, млн м3; Тст - время стояния временно устойчивого борта, лет; ; - площадь активной рабочей зоны на /-м участке в /-Й период, м2.

На первом этапе осуществляется снижение объемов вскрышных работ за счет увеличения угла нерабочего борта участка карьера, отрабатываемого с максимальной интенсивностью. Борт карьера при этом ставится во временно устойчивое положение с коэффициентом запаса устойчивости (кзу), равным 1,1-1,2, обоснованного геомеханически с учетом фактора времени. Объем вскрышных пород, исключаемый из разработки, возрастает при увеличении высоты временно устойчивого борта и величины приращения угла нерабочего борта.

На втором этапе осуществляется формирование отвала, пригружающего временно устойчивый борт карьера. При этом снижается приведенное расстояние транспортирования вскрышных пород в 2-5 раз по сравнению с транспортированием во внешние отвалы. При формировании внутреннего отвала происходит восстановление запаса прочности массива с обеспечением его долговременной устойчивости.

Разработанные рекомендации были апробированы на карьере «Малый Куйбас» рудника ОАО «ММК». Проектом реконструкции предполагается наращивание объемов добычи руды до 2,5 млн т/год, что требует увеличения производительности по вскрыше, приобретения дополнительного горнотранспортного оборудования и изменения интенсивности горных работ.

Проведена оценка состояния горных работ в карьере. На основе полученных данных были сформулированы ограничения (3-5) и решена математическая модель. В результате решения определена целесообразность первоочередной отработки Южного участка карьера.

Для обеспечения заданной интенсивности горных работ на Южном участке карьера разработан комплекс мероприятий: переход со способа формирования рабочей зоны, дискретного по фронту, на дискретный по фронту и высоте; увеличение концентрации оборудования на 35%; организация каскадного взрывания для снижения влияния горных работ на смежных горизонтах. Данные мероприятия позволяют управлять интенсивностью горных работ в карьере.

Управление интенсивностью горных работ предусматривает первоочередную доработку Южного участка карьера и формирование в отработанной части отвала вскрышных пород. Это позволит увеличить угол нерабочего борта до 61°, снизить объем вскрышных работ на 11,3 млн м3, сформировать в отработанной части карьера внутренний пригружающий отвал объемом 11 млн м3 и сократить приведенное расстояние транспортирования вскрыши в 2,5 раза по сравнению с транспортированием во внешние отвалы (рис. 4).

1 -поверхность скольжения участка борта карьера, К]у=1,1 (ТсгДо5лет),

2 - поверхность скольжения участка борта карьера до отсыпки отвала, кзу=1,2 (Тст до 10 лет);

3- поверхность скольжения участка борта карьера после отсыпки отвала, ,2 (Тст более 10 лет)

Затраты на реализацию мероприятий, рациональные значения .технологических параметров и ожидаемый экономический эффект от увеличения интенсивно-

сти горных работ в карьере «Малый Куйбас» приведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты технико-экономического сравнения вариантов повышения

Существующий вариант Предлагаемый вариант

Показатели Южный Северный Южный Северный

участок участок участок участок

Объем добычи руды, млн т/год 1,0 0,7 1,8 0,7

Объем горной массы, млн м3/год 2,87 2,17 5,1 2,4

Способ формирования рабочей зоны Дискретный по фронту Комбинированный Дискретный по фронту и высоте Комбинированный

Количество бурстанков, ед 8 7 9 5

Количество экскаваторов, ед. 6 7 7 5

Количество автосамосвалов, ед. 14 18 16 14

Количество бульдозеров, ед. 2 2 2 2

Количество производимых взрывов в год 100 144 24 96

Концентрация оборудования (к,), тыс м2/м3 10,4 10,9 6,5 16,5

Интенсивность горных работ (1г), м3/м2год 12,2 7,2 21,5 7,2

Затраты на управление интенсивностью горных работ, млн руб. 106,7 67,8

Экономический эффект за 14 лет, 404,6

млн руб

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной квалификационной работой, дано новое решение актуальной задачи проектирования железорудных карьеров, обеспечивающей рациональную последовательность и интенсивность отработки участков рабочей зоны в условиях изменения спроса и цен на добываемую руду. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

1. Установлено, что в настоящее время колебание цен и спроса на рынках минерального сырья достигает 30% и более. Традиционный подход к проектированию карьеров не предусматривает изменение производительности по руде в течение длительных периодов, при этом интенсивность разработки карьеров изменяется в пределах 5%, что недостаточно для реагирования на происходящие изменения. Повысить эффективность разработки железорудных месторождений в изменяющихся экономических условиях возможно путем управления интенсивностью горных работ в карьере.

2. Установлено, что сформированные подходы к изменению интенсивности разработки месторождений предусматривают решение отдельных задач по выбору способа формирования рабочей зоны и распределению оборудования по участкам карьера. Решение этих задач в комплексе позволит управлять интенсивностью гор-

ных работ на участках рабочей зоны карьера, обеспечить гибкое реагирование на колебания потребности в добываемом сырье и снизить затраты на разработку месторождения.

3. Разработан комплекс взаимосвязанных показателей, приведенных к величине площади активной части рабочей зоны, для оценки влияния концентрации горных работ и оборудования на интенсивность разработки карьера в целом и отдельных его участков как на стадии проектирования, так и при текущей эксплуатации карьера. Интенсивность горных работ предложено оценивать нагрузкой, приходящейся на 1 м2 рабочей зоны карьера (участка карьера); концентрацию горных работ - отношением активной площади рабочей зоны к общей площади рабочей зоны; концентрацию оборудования в рабочей зоне - величиной рабочей площади, приходящейся на 1 м3 емкости ковша экскаватора.

4. Доказано, что повысить интенсивность горных работ возможно путем увеличения дискретности рабочей зоны. При переходе от непрерывной рабочей зоны к дискретной по фронту и высоте интенсивность разработки участков карьера может быть увеличена более чем в 2 раза.

5. Доказано, что достижение расчетной интенсивности обеспечивается учетом при проектировании и планировании горных работ факторов, ограничивающих управление интенсивностью разработки и способов снижения влияния данных факторов. К основным факторам, ограничивающим управление интенсивностью, относятся: снижение производительности экскаваторов в добычной зоне при осуществлении селективной выемки полезного ископаемого и при подготовке новых горизонтов; возрастание объемов работ по заоткоске борта карьера, при постановке его в нерабочее положение; увеличение взаимовлияния горных работ на смежных горизонтах при повышении концентрации оборудования в рабочей зоне.

6. Обоснованы способы производства работ, учитывающие влияние факторов, ограничивающих управление интенсивностью. Данные способы предусматривают:

- применение при подготовке новых горизонтов комплексов оборудования с экскаваторами «обратная лопата»;

- применение комплексов бурового оборудования и способов производства буровзрывных работ по заоткоске борта карьера в зависимости от применяемых способов формирования рабочей зоны;

- детализированное планирование горных работ на основе комплексного использования сетевых и ленточно-сетевых графиков, позволяющих повысить достоверность планирования до 95-97%.

7. Разработана экономико-математическая модель оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера при управлении интенсивностью горных работ. Критерием эффективности при этом является: для предприятий, осуществляющих продажу добываемой руды, - максимизация дисконтированной прибыли; для карьеров, являющихся структурным подразделением перерабатывающего предприятия, - минимизация приращения затрат при изменении интенсивности горных работ.

8. Обоснованы методы управления интенсивностью горных работ:

17

• «регулирование концентрации горных работ» - включает выбор последовательности разработки участков карьера и способа формирования рабочей зоны на участках карьера;

• «регулирование концентрации оборудования» - основан на распределении оборудования по участкам карьера и в рабочей зоне участков карьера;

• «выполнение ограничивающих работ» - предполагает определение И выполнение работ, учитывающих влияние факторов, ограничивающих управление интенсивностью разработки участков рабочей зоны карьера.

9. Разработан алгоритм управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьеров, который включает в себя следующие основные этапы: определение необходимой производительности по руде и интенсивности горных работ; оценка фактического состояния работ в карьере; последовательное применение методов управления интенсивностью горных работ; оптимизация последовательности отработки участков карьера; контроль заданных параметров.

10. Обоснован способ поэтапного снижения затрат при управлении интенсивностью горных работ, который предусматривает: на первом этапе снижение затрат на выполнение текущих объемов вскрышных работ за счет постановки борта участка карьера во временно устойчивое положение с коэффициентом запаса устойчивости, равным 1,1-1,2; на втором этапе снижение затрат на транспортирование вскрышных пород при формировании в отработанной части карьера внутреннего пригружающего отвала.

11. Разработанные рекомендации были реализованы при реконструкции карьера «Малый Куйбас» рудника ОАО «ММК». На основе оценки состояния горных работ к первоочередной отработке предложен Южный участок карьера. Для обеспечения заданной интенсивности горных работ на данном участке разработан комплекс мероприятий: переход со способа формирования рабочей зоны, дискретного по фронту, на дискретный по фронту и высоте; увеличение концентрации оборудования на 35%; организация каскадного взрывания для снижения влияния горных работ на смежных горизонтах. При этом достигается повышение производительности экскаваторов на 12%, увеличение угла нерабочего борта на 5-10°, снижение приведенного расстояния транспортирования при формировании внутреннего отвала в 2,5 раза. Суммарный экономический эффект составит 404,6 млн руб. за период с 2004 по 2018 гг.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

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

2. Бурмистров К.В., Колонюк A.A., Цыганов A.B. Организационно-технологические схемы ведения горных работ при интенсификации работ на участках карьера//Материалы 63 НТК по итогам НИР за 2003-2004 гг. - Магнитогорск: МГТУ, 2004.-С. 165-169.

3. Принципы управления безопасностью производства при совершенствовании технологических схем карьеров / Цыганов A.B., 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.

4. Бурмистров К.В., Гавришев С.Е. Повышение эффективности разработки рудных месторождений на основе интенсификации горных работ на участках карьера / Магнитогорск, гос. техн. ун-т. - Магнитогорск, 2005. - 10 е.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 14.04.05, № 506-В 2005.

5. Бурмистров К.В. Методика поэтапного снижения эксплуатационных затрат при открытой разработке месторождений / Магнитогорск, гос. техн. ун-т. - Магнитогорск, 2005. - 6 е.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 14.04.05, № 507-В 2005.

6. Бурмистров К.В. Управление интенсивностью разработки участков карьера при различных способах формирования рабочей зоны // Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург: У НУ, 2005. - С. 25.

7. Колонюк A.A., Бурмистров К.В., Заляднов В.Ю. Повышение эффективности разработки месторождений путем комплексного подхода к проектированию открытых и подземных горных работ // Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения: Сб. тез. Междунар. науч.-техн. конф. - Магнитогорск - Уча-лы, 2005. - С.38.

8. Гавришев С.Е., Бурмистров К.В. Методы управления интенсивностью горных работ при разработке железорудных месторождений // Проблемы развития горнодобывающих отраслей промышленности и безопасности контролируемого использования хризотилового волокна и хризотилсодержащих материалов: Материалы III Междунар. науч.-практ. конф. -Житикара, 2005. - С.310-314.

р 21 0 б о

РНБ Русский фонд

200614 17340

Подписано в печать 31 10 05 Формат 60x84 1/16 Бумага тип.№ 1

Плоская печать Уел печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 796

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Бурмистров, Константин Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ функционирования отечественных карьеров в современных экономических условиях

1.2. Анализ существующих методов обоснования рационального порядка отработки месторождения

1.3. Анализ научных трудов в области управления интенсивностью горных работ в карьере

1.4. Выявление путей повышения эффективности карьеров

1.5. Цель, задачи и методы исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ГОРНЫХ РАБОТ В КАРЬЕРЕ

2.1. Исследование факторов, определяющих последовательность и интенсивность разработки участков карьера

2.2. Выбор показателей оценки интенсивности и концентрации горных работ

2.3. Определение влияния концентрации горных работ и оборудования на интенсивность отработки участков рабочей зоны карьера

2.4. Исследование факторов ограничивающих управление 58 интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера ВЫВОДЫ

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ОТРАБОТКИ УЧАСТКОВ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА

3.1. Разработка экономико-математической оптимизации последовательности отработки участков рабочей зоны карьера

3.2. Обоснование методов управления интенсивностью горных работ

3.3. Разработка механизма управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны карьера

ВЫВОДЫ

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «МАЛЫЙ КУЙБАСС»

4Л. Обоснование способа поэтапного снижения эксплуатационных затрат

4.2. Обоснование способа разработки месторождения «Малый Куйбас»

4.3. Реализация методики управлении интенсивностью горных работ на карьере «Малый Куйбас» горно-обогатительного производства ОАО «ММК»

4.4. Экономическая оценка применения предлагаемых мероприятий на примере карьера «Малый Куйбас» горно-обогатительного производства ОАО «ММК» 117 ВЫВОДЫ 123 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование методов управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны карьера"

Актуальность работы. В настоящее время эффективное функционирование и развитие горнодобывающих предприятий во многом зависит от гибкого изменения производительности карьера в соответствии с колебанием потребности в минеральном сырье, своевременного формирования в нерабочих бортах карьера подземных горных выработок, размещения в отработанной части карьера отвалов вскрышных пород и отходов металлургического производства. Это требует оперативного управления интенсивностью горных работ на участках карьера путем изменения конструкции рабочей зоны и концентрации технологического оборудования на различных ее участках, а также учета факторов, ограничивающих управление интенсивностью.

Традиционный подход к проектированию карьеров не предусматривает изменения производительности по руде в течение длительных периодов. Производимые изменения объемов добычи, осуществляемые при реконструкции карьера, как правило, связаны с интенсификацией разработки. Данный подход ориентирован на продолжительные периоды и предполагает значительные затраты на приобретение дополнительных единиц горнотранспортного оборудования, замену имеющегося оборудования на более мощное или изменение параметров системы разработки. Поэтому существующая научно-методическая база в области проектирования и планирования открытых горных работ не позволяет осуществлять управление интенсивностью разработки отдельных участков карьера, обеспечивать гибкое реагирование на колебания потребности в добываемом сырье, снижать затраты на разработку месторождения.

Решение комплекса задач по управлению интенсивностью горных работ на отдельных участках рабочей зоны карьера может быть обеспечено за счет оптимальной последовательности их разработки путем обоснованного изменения концентрации оборудования и конструкции рабочей зоны. В связи с этим обоснование методов управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера является актуальной научно-практической задачей.

Целью работы является разработка методики управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны для обеспечения устойчивого функционирования карьеров в изменяющихся условиях.

Идея работы заключается в использовании разработанного механизма управления интенсивностью горных работ для обоснования конструкции участков рабочей зоны, порядка их отработки и концентрации оборудования.

Объект исследования - рабочая зона железорудных карьеров.

Основные задачи исследований:

1. Анализ опыта эксплуатации отечественных карьеров и выявление путей повышения эффективности открытых горных работ в современных экономических условиях.

2. Разработка комплекса показателей оценки интенсивности и концентрации горных работ, концентрации оборудования в карьере.

3. Установление зависимости между интенсивностью горных работ и концентрацией оборудования для выбора способов формирования рабочей зоны на участках карьера.

4. Выявление факторов, ограничивающих управление интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера.

5. Разработка экономико-математической модели оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера.

6. Систематизация методов управления интенсивностью горных работ для различных временных периодов их реализации.

7. Разработка алгоритма управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера и оценка экономической эффективности предлагаемых рекомендаций.

Научные положения, представленные к защите:

1. Интенсивность разработки карьера и отдельных его участков необходимо рассматривать как управляемый процесс реагирования горнодобывающего предприятия на изменение потребности в добываемом сырье. Повышение интенсивности горных работ при росте концентрации оборудования обеспечивается обоснованным изменением конструкции рабочей зоны.

2. Выбор методов и параметров управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны достигается применением разработанного механизма, включающего:

- зависимости интенсивности горных работ от концентрации оборудования для выбора способа формирования отдельных участков рабочей зоны;

- экономико-математическую модель оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера;

- методы управления интенсивностью горных работ, систематизированные по продолжительности их реализации.

3. Сокращение объемов вскрышных работ и снижение расстояния транспортирования вскрыши при проектировании параметров карьеров, последовательности и интенсивности отработки участков рабочей зоны, обеспечивается выбором периодов формирования внутренних пригружающих отвалов для различных сроков обеспечения временной устойчивости нерабочих бортов.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов, включающий методы математической статистики, экономико-математического и технологического моделирования, технико-экономический анализ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются надежностью и представительностью исходных данных; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований, положительными результатами практической реализации разработок и предложений.

Научную новизну работы составляют:

1. Комплекс взаимосвязанных показателей, приведенных к величине площади активной рабочей зоны, для оценки влияния концентрации горных работ и оборудования на интенсивность разработки как карьера в целом, так и отдельных его участков.

2. Зависимость интенсивности горных работ в карьере от концентрации оборудования для выбора способов формирования отдельных участков рабочей зоны карьера.

3. Экономико-математическая модель оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера.

4. Методы управления интенсивностью горных работ, позволяющие осуществлять регулирование производительности карьера при различных временных периодах изменения спроса на добываемую руду.

Практическая значимость работы состоит в разработке алгоритма рациональной последовательности и интенсивности отработки участков рабочей зоны карьера в условиях изменения спроса и цен на добываемое сырье, а также обосновании способа поэтапного снижения затрат при проектировании отработки карьера участками с различной интенсивностью.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности карьера «Малый Куйбас» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2004 г.), на IV Всероссийской конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно технических комплексов промышленных регионов» (г. Магнитогорск, 2004 г.), на 63 научно-технической конференции по итогам НИР (г. Магнитогорск, 2004 г.), на Молодежной научно-практической конференции в рамках Уральской горнопромышленной декады (г. Екатеринбург, 2005 г.), на III международной научно-практической конференции «Геотехнология-2005: Проблемы развития горнодобывающих отраслей промышленности и безопасности контролируемого использования хризотилового волокна и хризотилсодержащих материалов» (г. Житикара, 2005 г.), на научно-технических семинарах факультета горных технологий и транспорта МГТУ, на заседаниях кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых МГТУ.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 104 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Бурмистров, Константин Владимирович

Выводы:

1. Обоснован способ поэтапного снижения затрат при управлении интенсивностью горных работ, который предусматривает: на первом этапе снижение затрат на выполнение текущих объемов вскрышных работ за счет постановки борта участка карьера во временно устойчивое положение с коэффициентом запаса устойчивости, равным 1,1-1,2, обоснованным геомеханически с учетом фактора времени; на втором этапе снижение затрат на транспортирование вскрышных пород при формировании в отработанной части карьера внутреннего пригружающего отвала.

2. На основе анализа условий разработки карьера «Малый Куйбас»: соотношение объемов руды и вскрыши в контурах участков карьера, конечной глубины участков карьера, текущей глубины разрабатываемых участков к первоочередной отработке предложен южный участок карьера. Критерием эффективности при выборе последовательности отработки участков рабочей зоны» карьера является минимизация затрат на разработку.

3. Наращивание интенсивности горных работ на южном участке карьера осуществляется путем увеличения концентрации оборудования на 35% и переходом со способа формирования рабочей зоны, дискретного по фронту, на дискретный по фронту и высоте.

4. С целью сокращения периодичности взрывания и затрат времени на простои и перегоны горнотранспортного оборудования при взрывных работах предложено организовать на южном участке карьера каскадное взрывание. При этом достигается снижение в 4 раза количества взрывов горной массы и повышение производительности экскаваторов на 12%.

5. Интенсивная доработка южного участка карьера позволит увеличить угол нерабочего борта до 55-61° за счет постановки во временно устойчивое положение с кзу=1,1-1,2 и дальнейшим восстановлением запаса прочности массива путем формирования пригружающего отвала. Это позволит снизить объемы вскрышных работ на 11,3 млн м3 и расстояние транспортирования вскрышных пород в 2,5 раза. Суммарный экономический эффект составит 404,6 млн руб. за период с 2004 по 2018 гг.

124

Заключение

В диссертации, являющейся законченной квалификационной работой, дано новое решение актуальной задачи проектирования открытой разработки железорудных месторождений, обеспечивающей устойчивое функционирование карьеров в изменяющихся условиях на основе разработки методики управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны, включающую механизм и алгоритм управления интенсивностью горных работ. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

1. Установлено, что в настоящее время колебание цен и спроса на рынках минерального сырья достигает 30% и более. Традиционный подход к проектированию карьеров не предусматривает изменение производительности по руде в течение длительных периодов, при этом интенсивность разработки карьеров изменяется в пределах 5%, что недостаточно для реагирования на происходящие изменения. Повысить эффективность разработки железорудных месторождений в изменяющихся экономических условиях возможно путем управления интенсивностью горных работ в карьере.

2. Установлено, что сформированные подходы к изменению интенсивности разработки месторождений предусматривают решение отдельных задач по выбору способа формирования рабочей зоны и распределению оборудования по участкам карьера; Решение этих задач в комплексе позволит управлять интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера, обеспечить гибкое изменение производительности карьеров и снизить затраты на разработку месторождения.

3. Разработан комплекс взаимосвязанных показателей, приведенных к величине площади активной части рабочей зоны, для оценки влияния концентрации горных работ и оборудования на интенсивность разработки карьера в целом и отдельных его участков как на стадии проектирования, так и при текущей эксплуатации карьера. Интенсивность горных работ предложено оценивать нагрузкой, приходящейся на 1 м рабочей зоны карьера (участка карьера); концентрацию горных работ — отношением активной площади рабочей зоны к общей площади рабочей зоны; концентрацию оборудования в рабочей зоне - величиной рабочей площади, приходящейся на 1 м емкости ковша экскаватора.

4. Доказано, что повысить интенсивность горных работ возможно за счет изменения способа формирования рабочей зоны путем увеличения ее дискретности. При переходе от непрерывной рабочей зоны к дискретной по фронту и высоте интенсивность разработки участков карьера может быть увеличена более чем в 2 раза.

5. Доказано, что достижение расчетной интенсивности обеспечивается учетом при проектировании и планировании горных работ факторов, ограничивающих управление интенсивностью и разработки способов снижения влияния данных факторов. К основным факторам, ограничивающим управление интенсивностью, относятся: снижение производительности экскаваторов в добычной зоне при осуществлении селективной выемки полезного ископаемого и при подготовке новых горизонтов; возрастание объемов работ по заоткоске борта карьера, при постановке его в нерабочее положение; увеличение взаимовлияния горных работ на смежных горизонтах при повышении концентрации оборудования в рабочей зоне.

6. Обоснованы способы производства работ, учитывающие влияние факторов, ограничивающих управление интенсивностью. Данные способы предусматривают:

- применение при подготовке новых горизонтов комплексов оборудования с экскаваторами «обратная лопата»;

- применение комплексов бурового оборудования и способов производства буровзрывных работ по заоткоске борта карьера в зависимости от применяемых способов формирования рабочей зоны;

- детализированное планирование горных работ на основе комплексного использования сетевых и ленточно-сетевых графиков, позволяющих повысить достоверность планирования до 95-97%.

7. Разработана экономико-математическая модель оптимизации последовательности разработки участков рабочей зоны карьера при управлении интенсивностью горных работ. Критерием эффективности при этом является: для предприятий, осуществляющих продажу добываемой руды, - максимизация дисконтированной прибыли; для карьеров, являющихся структурным подразделением перерабатывающего предприятия, - минимизация приращения затрат при изменении интенсивности горных работ.

8. Обоснованы методы управления интенсивностью горных работ:

• «регулирование концентрации горных работ» - включает выбор последовательности разработки участков карьера и способа формирования рабочей зоны на участках карьера;

• «регулирование концентрации оборудования» - основан на распределении оборудования по участкам карьера и в рабочей зоне участков карьера;

• «выполнение ограничивающих работ» - предполагает определение и выполнение работ, учитывающих влияние факторов, ограничивающих управление интенсивностью разработки участков рабочей зоны карьера.

9. Разработан алгоритм управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьеров, который включает в себя следующие основные этапы: определение необходимой производительности по руде и интенсивности горных работ; оценка фактического состояния работ в карьере; последовательное применение методов управления интенсивностью горных работ; оптимизация последовательности отработки участков карьера; контроль заданных параметров.

10. Обоснован способ поэтапного снижения затрат при управлении интенсивностью горных работ, который предусматривает: на первом этапе снижение затрат на выполнение текущих объемов вскрышных работ за счет постановки борта участка карьера во временно устойчивое положение с коэффициентом запаса устойчивости., равным 1,1-1,2; на втором этапе снижение затрат на транспортирование вскрышных пород при формировании в отработанной части карьера внутреннего пригружающего отвала.

11. Разработанная методика управления интенсивностью отработки участков рабочей зоны была реализована при разработке рекомендаций по реконструкции карьера «Малый Куйбас» рудника ОАО «ММК». На основе оценки состояния горных работ к первоочередной отработке предложен Южный участок карьера. Для обеспечения заданной интенсивности горных работ на данном участке разработан комплекс мероприятий: изменение способа формирования рабочей зоны; увеличение концентрации оборудования на 35%; организация каскадного взрывания для снижения влияния горных работ на смежных горизонтах, формирование внутреннего отвала первой очереди за 10,3 месяца. При этом достигается повышение производительности экскаваторов на 12%, увеличение угла нерабочего борта на 5-10°, снижение приведенного расстояния транспортирования при формировании внутреннего отвала в 2,5 раза. Суммарный экономический эффект составит 404,6 млн руб. за период с 2004 по 2018 гг.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Бурмистров, Константин Владимирович, Магнитогорск

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

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

3. Анпилогов А.Е. и др. Организация ритмичной работы на карьерах Бакальского месторождения железных руд // Организация ритмичной работы на горных предприятиях. М.: Недра, 1964. - С. 136-193.

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

5. Арсентьев А.И. и др. Интенсификация горных работ в карьерах. -М.: Недра, 1965.-277 с.

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

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

8. А.с. 1240895 СССР, МКИ ЗЕ 21С4/00. Способ открытой разработки крутопадающих месторождений с внутренним отвалообразованием / Шапарь Ш.Г., Лашко В.Т., Киковка В.Е. и др.

9. Астафьев Ю.П., Попов Р.В., Николашин Ю.М. Управление состоянием массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Киев: Выща шк. 1986. - 272 с.

10. Беляков Ю.И. Проектирование экскаваторных работ. М.:Недра, 1983.-349 с.

11. Бурмистров К.В., Гавришев С.Е. Повышение эффективности разработки рудных месторождений на основе интенсификации горных работ на участках карьера / Магнитогорск, гос. техн. ун-т. Магнитогорск, 2005. - 10 е.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 14.04.05, № 506-В 2005.

12. Бурмистров К.В. Методика поэтапного снижения эксплуатационных затрат при открытой разработке месторождений 7 Магнитогорск, гос. техн. ун-т. Магнитогорск, 2005. - 6 с.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 14.04.05, № 507-В 2005.

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

14. Бурмистров К.В., Колонюк А.А., Цыганов А.В. Организационно-технологические схемы ведения горных работ при интенсификации работ на участках карьера // Материалы 63 НТК по итогам НИР за 2003-2004 гг. — Магнитогорск МГТУ, 2004. С. 165-169.

15. Бызов В.Ф. Усреднительные системы на горно-обогатительных предприятиях. М.: Недра, 1988. - 213 с.

16. Варавва И.П., Генералов Г.С., Еременко JI.А. Определение производительности карьера и интенсивности ведения горных работ // Горный журнал. 1981. - №5. - С.23-26.

17. Васильев М.В., Смирнов В.П., Кулешов А.А. Эксплуатация карьерного автотранспорта. М.: Недра, 1979. — 211 с.

18. Гавришев С.Е. Обоснование рациональной последовательности формирования рабочей зоны карьеров при разработке крутопадающих месторождений: Дис. канд. техн. наук. Магнитогорск, 1990. - 164 с.

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

20. Галкин A.M. Исследование некоторых вопросов отстройки бортов и профилактики деформаций уступов рудных карьеров: Автореф. дис. . канд.техн. наук. — Магнитогорск, 1970. 24 с.

21. Галкин В.А. и др. Проектирование горных работ при формировании карьерного пространства зонами концентрации. Магнитогорск: МГМИ, 1991. -57 с.

22. Галкин В.А. Технологические основы проектирования и планирования грузопотоков на рудных карьерах с автомобильным транспортом: Дис. . д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1987. - 290 с.

23. Галкина Н.В. Управление процессом адаптации горнодобывающего предприятия к экономическим параметрам среды: Дис. . канд. экон. наук: 08.00.05. Челябинск, 2000. - 136 с.

24. Ганицкий В.И. и др. Организация и управление горным производством. -М.: Недра, 1991. -368 с.

25. Грязнов М.В. Разработка способов снижения ресурсоемкое™ технологических процессов на карьерах строительных материалов: Дис. . канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2001. — 118 с.

26. Ермолаев В.А. Развитие технологии открытой угледобычи при разработках сложноструктурных месторождений: Дис. . д-ра техн. наук. Кемерово, 1996.-340 с.

27. Закономерности развития горнодобывающей промышленности Урала (1990-1998 гг.). Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999. - 328 с.

28. Заляднов В.Ю. Обоснование способов формирования техногенных георесурсов при открытой разработке железорудных месторождений: Дис. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 2005. - 130 с.

29. Зильберг Д.Т., Ильмухамедов Т.Г. Оптимальный объем единичного взрыва и частоты взрывания на карьерах // Изв. вузов. Горный журнал. 1982. -№9. - С.57-59.

30. Зотеев О.В., Осинцев В.А. Геомеханика. Екатеринбург: У111 А, 1997.-128 с.

31. Горная энциклопедия/ Гл. ред. Е.А. Козловский; Ред. кол.: М.И. Агошков, Л.К. Антоненко, К.К. Арбиев и др. М.: Сов. энцикл., 1991. - Т.5. -541 с.

32. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльннкова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. - 560 с.

33. Кашапов З.М. Разработка технологии управляемого формирования отвальных массивов в выработанном пространстве глубоких карьеров: Авто-реф. дис. . канд.техн.наук. Алма-Ата, 1992.

34. Колонюк А.А., Осинцев Н.А., Бурмистров К.В. Метод конструирования и схемы расконсервации временно нерабочих бортов // Материалы 63 НТК по итогам НИР за 2003-2004 гг. Магнитогорск: МГТУ, 2004. - С. 188-192.

35. Конончик J1.E., Суслонова Г.Н. Складирование вскрышных пород в отработанное карьерное пространство как способ охраны окружающей среды // Горный журнал. 2001. - №7. — С.26-28.

36. Кононыхин М.А. Разработка методов управления интенсивностью эксплуатации месторождений открытым способом в условиях изменения потребности в добываемом сырье: Автореф. дис. . канд.техн наук. М., 2002. — 16 с.

37. Корнилков С.В. Управление рабочей зоной действующих и проектируемых глубоких карьеров: Дис. . д-ра техн. наук. Екатеринбург, 1997. -277 с.

38. Котяшев А.А., Шамшурина В.Д. Технико-экономические показатели и схемы циклично-поточной технологии на железорудных карьерах // Интенсификация горных работ на железорудных карьерах: Сб.трудов /ИГД МЧМ СССР. Свердловск, 1983. - С.28-37.

39. Кравчук И.Л., Теоретические основы и методы формирования системы обеспечения безопасности производства горнодобывающего предприятия: Дис. . д-ра техн. наук: 05.26.01. М., 2001. - 274 с.

40. Кузнецова Т.С. Обоснование параметров карьеров при комбинированной разработке крутопадающих месторождений: Дис. . канд. техн. наук. -Магнитогорск, 2003. 176 с.

41. Кузнецов В.И., Галкин В.А., Макаров A.M. Как управлять компанией, чтобы сделать ее эффективной? Челябинск: Рекпол, 1997. — 81 с.

42. Кузнецов В.И. Научное обоснование преобразования производственного объединения по открытой разработке угольных месторождений в эффективную компанию: Дис. . канд. техн. наук в виде науч. доклада. Кемерово, 1997.-51 с.

43. Кумачев К.А., Майминд В.Я. Проектирование железорудных карьеров: Учеб. для вузов: В 2 т. М.: Недра, 1981. - 464 с.

44. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом (взрывные технологии в промышленности): Учебник для вузов. 3-е изд., перер. и доп. - М.: МГГУ, 1994. - 4.II. - 448 с.

45. Лапаев В.Н. Разработка методики определения границ разрезов в условиях рынка: Дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1997. - 118 с.

46. Лель Ю.И. Методы расчета параметров устойчивой работы автотранспорта глубоких карьеров: Дис. . д-ра техн. наук. Екатеринбург, 1999. — 292 с.

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

48. Линев В.П., Рубинштейн С.Б., Холодняков Г.А. Регулирование текущего коэффициента вскрыши углом наклона рабочих бортов карьера // Горный журнал. 2001. - №5. - С. 23-26.

49. Макаров A.M. Теоретические основы и методы обеспечения жизнеспособности угледобывающего предприятия: Дис. . д-ра техн. наук. Челябинск, 1997.-205 с.

50. Мельников Н.Н. и др. Концепция формирования нерабочих бортов глубоких карьеров Кольского Заполярья. // Горный журнал. 2004. - №9. -С.45-50.

51. Нецветаев А.Г. Обоснование параметров рабочих зон и экскаваци-онного оборудования для разработки сложноструктурных месторождений: Ав-тореф. дис. . канд. техн. наук. -М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1988. —14 с.

52. Новожилов М.Г., Бондарь С.А., Маевский A.M. Оптимальные объемы скальных пород, отбиваемых при массовых взрывах на карьерах большой производительности // Горный журнал. 1973. - №7. - С.50-51.

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

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

55. Оводенко Б.К., Аршинов С.С. Временные нерабочие борта в карьерах. -JI.: Наука, 1977. 144 с.

56. Осинцев Н.А. Обоснование параметров технологических процессов карьеров на основе управления безопасностью в системе «персонал рабочее место»: Дис. . канд. техн. наук. - Магнитогорск, 2004. - 155 с.

57. Отчет по научно-исследовательской работе «Обоснование рационального направления развития горных работ в карьере «Малый Куйбас», в т.ч. размещение вскрышных пород». Магнитогорск: МГТУ, 2000.

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

59. Аудит производственной системы угольного разреза «Сибиргин-ский». Челябинск; Междуреченск: ФГУП НТЦ-НИИОГР, 2005.

60. Пахомов Е.М., Романченко В.К. Влияние интенсивности горных работ на показатели использования карьерного оборудования // Изв. вузов. Горный журнал. 1976. - №11. - С.26-29.

61. Пешков А.А. Управление развитием горных работ на глубоких карьерах-М.:ИПКОН РАН, 1999.-321 с.

62. Полищук Г.К., Кацюк В.В. Влияние концентрации горных работ на качество управления выемочно-погрузочным комплексом // Изв. вузов. Горный журнал. 1985.-№2.-С.12-14.

63. Попов С.И., Посохов Ю.Н., Карпов А.П. Основные вопросы открытой разработки мощных крутопадающих залежей // Горный журнал. 1964. -№ 12.

64. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. -СПб., 1998. 208 с.(Минтопэнерго РФ РАН Гос. НИИ горн, геомех. и маркшейд. дела — Межотраслевой науч. Центр ВНИМИ.)

65. Регулирование вскрышных работ в глубоких карьерах / Усынин

66. B.И., Грицай A.JI., Решетняк С.П., Архипов А.В., Матвеев Б.А., Оводенко Б.К., Радионов С.Н. Д.: Наука, 1982. - 188 с.

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

68. Ржевский В .В., Томаков П.И. Основные направления интенсификации открытых горных разработок месторождений полезных ископаемых / Интенсификация добычи полезных ископаемых открытым способом. М.: МГИ, 1984.-С. 4-13.

69. Селянин В.Г. Интенсификация горных работ в глубоких карьерах. -М. :Недра. 1977.-192 с.

70. Сидоренко В.Н. Повышение эффективности эксплуатации глубоких карьеров с автомобильным транспортом формированием зон концентрации горных работ: Дис. канд. техн. наук. Магнитогорск, 1987. - 187 с.

71. Столяров В.Ф. Методика выбора оборудования мобильных комплексов для циклично-поточной технологии // Интенсификация горных работ на железорудных карьерах: Сб.трудов, ИГД МЧМ СССР, Свердловск, 1983.1. C.69-74.

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

73. Томаков П.И. Интенсификация использования оборудования на карьерах. — М.:Недра, 1980. 219 с.

74. Томаков П.И. и др. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: Изд-во Моск. горн, ун-та, 1994. - 418 с.

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

76. Трубецкой К.Н., Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров: Учебник для вузов: В 2 т. М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. -Т. 1.-519 с.

77. Трубецкой К.Н., Леонов Е.Р., Панкевич Ю.Ю. Комплексы мобильного оборудования на открытых горных работах. М.: Недра, 1990. - 255 с.

78. Трубецкой К.Н., Пешков А.А., Мацко Н.А. Определение области способов разработки крутопадающих зележей с использованием заранее сформированного выработанного пространства карьера // Горный журнал. 1994. -№ 1.

79. Фисенко Г.Л. Укрепление откосов на карьерах. М.: Недра, 1972. -206 с.

80. Фокин В.А. и др. Опытно-промышленная проверка параметров БВР для постановки вертикальных уступов в конечное положение // Горный журнал. 2003. - №11. -С.30-33.

81. Фрейдина Е.В., Третьяков А.С., Молотилов С.Г. Методы текущего планирования горных работ на карьерах. Новосибирск: ИГД СОАН СССР, 1988.-152 с.

82. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений. М.: Недра, 1991.-336 с.

83. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений этапами // Изв. вузов. Горный журнал.-1965. -№10. С.19-26.

84. Хохряков B.C. К вопросу экономической оценки открытой разработки месторождений по очередям // Изв. Вузов. Горный журнал.- 1962. №3. -С.57-60.

85. Цыганов А.В. Разработка механизма совершенствования технологических схем карьеров на основе управления безопасностью производства: Дис. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 2004. - 130 с.

86. Четверик М.С., Пригунов А.С. Прогрессивные технологии и комплекс машин для добычи руд на глубоких карьерах Кривбасса // Открытые горные работы, 2001. С. 57-59.

87. Шейко Ю.П. Сетевое планирование и управление на карьерах. — М.: Недра, 1971.-256 с.

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

89. Шилин А.Н. Пути интенсификации вскрышных работ на карьерах // Горный журнал. 1981. - №5. - С. 15-19.

90. Щелканов В.А., Элькин А.Я., Сватковский JI.B. К вопросу внутреннего отвал ообразования на горнорудных предприятиях СССР // Труды Ин-та горного дела Минчермета СССР. Свердловск: Изд-во ИГД Минчермета СССР, 1970. -Вып.28. - С. 117-119.

91. Эрих В.И. Управление производством природных строительных материалов. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2001. - 192 с.

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

93. Яковлев B.JI. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров.- Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. 240 с.

94. Яковлев В.JI. Новые подходы к поэтапному проектированию и отработке глубоких карьеров // Открытые горные работы, 2001. С. 57-59.

95. Fourie G.A., Dohm G.C. Open pit planning and design // Surface Mining 2nd ed./ Bruce A.Kennedy. Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Explo-rettion Inc., 1990.-P. 1274-1301.