Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений"

На правах рукописи

ПЛЕСОВСКИХ ТАТЬЯНА ПЕТРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ ГЕОРЕСУРСАМИ ПРИ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальности:

25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)», 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования горнотехнических

систем»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

і ь 2013

Магнитогорск - 2013

005544194

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственны технический университет им. Г.И. Носова»

Научные руководители: доктор технических наук, профессо

Калмыков Вячеслав Николаеви

кандидат технических наук, доцен Петрова Ольга Викторовн

Официальные оппоненты: Савич Игорь Николаеви

доктор технических наук, профессо кафедры технологии подземной разработк рудных и нерудных месторождени ФГБОУ ВПО «Московский государственны горный университет», г.Москв

Пыталев Иван Алексеев! кандидат технических наук, доцен кафедры открытой разработк месторождений полезных ископаемы ФГБОУ ВПО «МГТУ», г.Магнитогорс

Ведущая организация: Институт горного дела Уральског

отделения Российской академии иау (ИГДУрО РАН), г. Екатеринбур

Защита состоится 25 декабря 2013 г. в 1400 ч. на заседании диссертационног совета Д 212.111.02 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственны технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, Челябинская обл г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВП( «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «23» ноября 2013 г. Ученый секретарь ^

диссертационного совета , -, >.; - - - 1 ~ Корнилов Сергей Николаеви1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время длительное освоение медно-колчеданных месторождений традиционными физико-техническими способами разработки обуславливает накопление на земной поверхности большого количества и широкого спектра отходов горного производства в виде отвалов некондиционных руд и вмещающих пород, промышленных стоков, выработанных пространств, отсевов радиометрической сепарации. Использование существующих принципов и подходов к проектированию горнотехнических систем предусматривает отработку только природных георесурсов с образованием складируемых техногенных отходов, которые в связи с пересмотром кондиций на минеральное сырье затрудняют последующую разработку запасов; а близость расположения горных производств к населенным пунктам обуславливает нехватку земельных площадей под складирование вновь образующих отходов.

В связи с этим необходимо менять подходы к формированию горнотехнической системы, которая должна быть основана на сочетаниях процессов освоения природных и техногенных георесурсов с целью повышения полноты использования недр в целом, наряду с сокращением негативного воздействия горного производства на окружающую природную среду. Вовлечение в разработку техногенных георесурсов возможно за счет целенаправленного управления ими на этапах открыто-подземной разработки, путем технологического воздействия на образующиеся в процессе горных работ запасы техногенного минерального сырья и выработанные пространства.

Реализация методов управления техногенными георесурсами в сочетании с процессами комбинированной разработки полезных ископаемых позволит расширить минерально-сырьевую базу, снизить нагрузку на окружающую среду и обеспечить экологическую безопасность горнотехнической системы. Поэтому обоснование методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений представляет актуальную научную задачу.

В связи с этим целью работы является повышение полноты освоения недр и снижение экологического воздействия на основе рациональных методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений.

Идея работы заключается в том, что повышение полноты и эколого-экономической эффективности освоения рудных месторождений достигается за счет учета при проектировании горнотехнической системы открыто-подземной разработки рудных месторождений комплексного использования природных и техногенных минерально-сырьевых и пространственных георесурсов.

Объект исследования - горнотехнические системы разработки медно-колчеданных месторождений открыто-подземным способом.

Предмет исследования - методы управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений.

Задачи исследований:

• Анализ опыта разработки техногенных георесурсов при освоении медно-колчеданных месторождений комбинированным способом.

• Разработка классификации методов управления техногенными георесурсами при комбинированной разработке медно-колчеданных месторождений.

• Определение критерия количественной оценки эффективности освоения техногенных георесурсов на этапах открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений.

• Обоснование методов управления техногенными георесурсами, области их применения и конструирование вариантов горнотехнических систем при освоении рудных месторождений.

• Оценка эколого-экономической эффективности рекомендуемых методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных м есторожде н и й.

Методы исследований. В работе использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и практики освоения и переработки техногенных георесурсов, опыт отечественных и зарубежных исследований; обработку результатов расчета критерия полноты освоения техногенных георесурсов на ЭВМ с использованием методов математической статистики и технико-экономическая оценка.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Повышение полноты освоения техногенных георесурсов обеспечивается выбором рациональных методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств, предусматривающих пространственное и временное совмещение технологических способов воздействия на техногенные георесурсы в зависимости от стадии открытых, открыто-подземных и подземных работ.

2. Выбор методов управления техногенными георесурсами должен производится по комплексному критерию, учитывающему показатели полноты их использования в зависимости от количественных и качественных характеристик техногенных отходов добычи полезных ископаемых и степени экологического воздействия горнотехнической системы на окружающую природную среду.

3. Реализация методов управления запасами техногенного минерального сырья в период развития открытых, открыто-подземных и подземных работ позволяет повысить более чем в 2 раза полноту использования отходов по сравнению с применением этих методов на стадиях завершения открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений. Полнота использования карьерных пространств в среднем на 20% выше на стадии завершения открытых и открыто-подземных работ, чем в процессе их развития, а полнота использования подземных выработанных пространств выше на 80% на стадии развития подземных работ по сравнению с этапом их завершения.

4. Совместный учет при проектировании горнотехнической системы ценности техногенных георесурсов, технологий и степени их использования, уровня экологического воздействия этапов открыто-подземной разработки на

окружающую природную среду позволяет повысить эколого-экономическую эффективность освоения медно-колчеданных месторождений на 25-35%.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; подтверждается сопоставимостью аналитических расчетов; положительными результатами апробации рекомендаций.

Научная новизна.

1. Классификация методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений по видам технологического воздействия на техногенные георесурсы и направлениям их использования на стадиях открытых, открыто-подземных и подземных работ.

2. Методика расчета коэффициента полноты освоения техногенных георесурсов, учитывающая показатели снижения извлекаемой ценности техногенного сырья, степени вовлечения в отработку забалансовых запасов, утилизации отходов, использования выработанных пространств и промышленных вод, земельного отвода, уровня извлечения ценных компонентов из техногенного минерального сырья, а также коэффициента значимости экологического воздействия горнотехнической системы.

3. Эмпирические зависимости критерия полноты освоения техногенных георесурсов от объемов техногенного минерального сырья, вовлекаемого в разработку, и коэффициента использования открытых и выработанных пространств на этапах открыто-подземной разработки.

4. Алгоритм выбора комплекса методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств, учитывающий способ отвалообразования и управления состоянием массива на стадиях открытых, открыто-подземных и подземных работ

Личный вклад автора состоит в обосновании методики расчета критерия полноты освоения техногенных георесурсов, установлении эмпирических зависимостей критерия полноты освоения техногенных георесурсов от объемов техногенного минерального сырья и коэффициента использования открытых и выработанных пространств, а так же в разработке алгоритма выбора комплекса методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств.

Практическая значимость работы заключается в разработке комплекса методов управления техногенными георесурсами при освоении медно-колчеданного месторождения «Юбилейное» по управлению техногенными георесурсами.

Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении государственных контрактов с Минобрнауки РФ № 16.515.11.5065 (руководитель -академик РАН К.Н. Трубецкой) и № 14.740.11.1272, 14.В37.21.1910 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Апробацчя работы. Основные положения диссертации докладывались на семинарах кафедры ПРМПИ МГТУ им. Г.И. Носова; Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2011-2012гг.); 6, 7 Международных конференциях: «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (г. Магнитогорск, МГТУ, 2011г., 2013г.); 4 Международной научно-практической конференции «Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия промышленных регионов России» (г.Новокузнецк, СибГИУ, 2012г.); 7 Всероссийской молодежной научно-практической конференции (с участием иностранных ученых) «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 2013 г.); 69 и 70 Межрегиональных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (г. Магнитогорск, МГТУ, 20112012гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК России.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 117 наименований, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 21 таблицу, 3 приложения.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научным руководителям д.т.н. В.Н. Калмыкову и к.т.н. О.В. Петровой, а так же сотрудникам ИПКОН РАН и кафедры ПРМПИ МГТУ за научные консультации и ценные замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Существующий принцип разработки медно-колчеданных месторождений предусматривает раздельные, невзаимосвязанные процессы освоения природных и техногенных георесурсов, что приводит к образованию значительных объемов техногенных отходов, нерационально размещенных на земной поверхности в непосредственной близости от горного производства.

Вопросам полноты комплексного освоения недр, вовлечения техногенных георесурсов в эффективную разработку посвящены многочисленные работы ведущих ученых: академика РАН К.Н. Трубецкого, чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова, профессоров А.Е.Воробьева, С.Е Гавришева, С.А. Голяк, В.Г.Зотеева, О.В. Зотеева, В.Н. Калмыкова, М.В Рыльниковой, В.Н. Уманец и других ученых. Ими определены основные направления и параметры эффективной разработки техногенных георесурсов. Вместе с тем, вопросы сочетания технологий освоения природных и техногенных георесурсов на этапах открыто-подземной разработки не проработаны достаточно полно. Вопросам оценки эффективности горного производства горнотехнических систем с учетом негативного экологического воздействия на окружающую природную среду посвящены труды профессоров A.C. Астахова, М.Е. Певзнера, O.E. Медведевой, А.Б. Макарова и др. в которых заложены основные принципы оценки экологического ущерба, наносимого горным производством, и эффективности природоохранных мероприятий. Следует

отметить, что разработка месторождений неразрывно связана с окружающей природной средой: добывая одни ее ресурсы, горное производство наносит существенный вред другим в большей степени за счет образования техногенных отходов, которые в свете комплексного освоения недр рассматриваются в качестве минерального сырья. Все вышесказанное требует комплексного подхода к оценке эффективности освоения природных и техногенных георесурсов.

Опыт использования отходов горно-обогатительного производства показал возможность совмещения технологий освоения природных и техногенных георесурсов, однако, с точки зрения полноты освоения техногенных георесурсов, область их эффективного сочетания недостаточна изучена и не определена. Совершенствование конструкции горнотехнической системы, направленное на расширение минерально-сырьевой базы и экологическую безопасность, должно основываться на управлении образующихся в процессе добычи полезных ископаемых техногенных георесурсов.

Под методом управления техногенными георесурсами понимается совокупность способов технологического воздействия на техногенные георесурсы и направлений их использования на стадиях открытых, открыто-подземных и подземных работ с целью обеспечения эколого-экономической эффективности и экологической безопасности горнотехнической системы.

Для условий открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений разработана классификация методов управления техногенными георесурсами по видам техногенных георесурсов: техногенное минеральное сырье и выработанные пространства (таблица 1); способам технологического воздействия на техногенные георесурсы и направлениям их использования на стадиях открытой, открыто-подземной и подземной разработки. Разработанная классификация позволяет определить возможные методы управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств в зависимости от этапов открыто-подземной разработки месторождений полезных ископаемых и стадии горных работ.

На основе разработанной классификации произведено конструирование технологических схем реализации методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств, основанных на сочетаниях технологий освоения природных и техногенных георесурсов и отличающихся вариантами комбинаций технологических способов воздействия на техногенные георесурсы, степенью совмещения технологических процессов в зависимости от стадии горных работ. На рисунке 1 в качестве примера представлены технологические схемы реализации методов управления запасами некондиционных руд и вскрышных пород при их складировании на этапах открытой (1а), открыто-подземной (16) и подземной (1 в) разработки медно-колчеданных месторождений. Полнота освоения техногенных георесурсов обеспечивается использованием открытых и подземных выработанных пространств, в результате которого сокращается изъятие дополнительных земель под складирование техногенных георесурсов и в целом снижается экологическое воздействие на окружающую природную среду.

Таблица 1 - Классификация методов управления запасами техногенно минерального сырья и объемами выработанных пространств при открыто-подземн разработке медно-колчеданных месторождений__

Вид техногенных reo ресурсов Способ технологического воздействия Стадия горных работ Направления использования на этапах открыто-подземной разработки Условия реализаци

Открытый способ Подземный способ Открыто-подземный способ

Техногенное минеральное сырье Разработка развитие Некондиционные руды и вскрышные породы Некондиционные руды и породы от проходки Изменени кондиций минеральн сырье; появлени новых технологи

завершение Внешние и внутренние отвалы некондиционных руд и пород Запасы некондиционных руд в охранных целиках Некондиционные руды в приконтурных запасах

Формирование техногенных объектов Техногенное месторождение развитие Во внутренних и внешних отвалах Во внутренних и внешних отвалах; в открытых и подземных выработанных пространствах Системы разработк» с внешнил отвало-образовани стадииньн порядок отработю системам! разработки закладкой вы работайне пространет

Во внутренних и внешних отвалах Во внутренних и внешних отвалах; в подземных выработанных пространствах Системы разработк с внешним внутренни отвало-образовани

Отвалы

Объекты не связанные с добычей развитие Объекты строительства с использованием пород вскрыши Закладочные смеси с использованием пород вскрыши; шахтное подземное строительство Системы разработк! с за клад ко выработанж пространст кондиции строительн материаль

завершение Закладочные смеси с использованием пород вскрыши Дорожное строительство с использованием пород от проходки выработок

Открытые и подземные выработанные пространства Размещение отходов развитие Внутренние отвалы пород, временные склады руд, Отходы горного производства в подземных пространствах Отходы горного производства в подземных пространствах Системы разработк! с внутренш отвал о-образовани камерны системы разработк

завершение Отходы горного производства, промышленных вод Отходы разных классов опасности Горно-техническ рекультива карьеров и и

Использование для производства связанных и не связанных с добычей работ развитие Строительства вскрывающих подземных выработок и площадок для размещения оборудования; использование карьерного пространства для транспортирования рудной массы и целей вентиляции Размещения подземных обогатительных фабрик; закладочных комплексов Подземных выработанных пространств для транспортирования рудной массы в карьерное выработанное пространство, размещения оборудования, организация перегрузочных пунктов Циклично поточные системы разработк! свободны выработанн пространст

завершение Размещения научно-образовательных центров; складов; хранилищ

9

Реализация горнотехнических систем открыто-подземной разработки рудных месторождений. базирующихся на методах управления техногенными георесурсами, направлена на обеспечение экологической безопасности горнотехнической системы и повышение полноты освоения недр.

Рисунок 1 - Технологические схемы реализации методов управления запасами некондиционных руд (1) и вскрышных пород (2) при их складировании на этапах открытой (а), открыто-подземной (б) и подземной (в) разработки медно-колчеданных месторождений

Отсутствие единого количественного критерия оценки эффективности вовлечения в разработку техногенных георесурсов с точки зрения полноты их освоения, предопределило разработку комплексного критерия полноты освоения техногенных георесурсов, использование которого позволяет определить стратегию развития горного производства, наиболее полно отвечающую требованиям экологической безопасности и рационального использования недр.

^■ж+^ж.....

-М-М-^-М-М-М-->1 (1)

где Ктач - коэффициент экологической значимости ¡-ой подсистемы горнотехнической системы; у — количество учитываемых показателей полноты освоения техногенных георесурсов: снижения ценности полезных компонентов (К«); вовлечения в отработку некондиционного сырья ши) полезного использования выработанных пространств горно-обогатительного производства (АГЛ/,); использования земельного отвода утилизации отходов (Кути:1);

использования промышленных вод (А*„„,,); коэффициент полноты извлечения ценных компонентов. (АГ„,..,.).

' Расчет показателей полноты освоения техногенных георесурсов представлен в таблице 2. Уровень экологического воздействия горнотехнической системы будет оказывать существенное влияние на область эффективного применения методов управления техногенными георесурсами. Поэтому показатели полноты освоения техногенных георесурсов учитывают экологическую значимость этапов комбинированной разработки (открытая, подземная и физико-химическая геотехнологии) с точки зрения их негативного воздействия на элементы окружающей природной среды. Коэффициенты значимости рассчитываются по формуле:

III III III III

I]гг 1>Г ИгГя 1>Г

К> -Ш_х *?=' х ___(2)

3"ач л у возе). „, вод. ., земля Л, отходы

У ПС У П С У ПС У ПС

где - экологический ущерб от негативного воздействия на элементы окружающей

природной среды: воздушного бассейна (у""'"'); водного бассейна (у'""'); земли,

/ „земля . , Л отходы . -

почвы (у ); отходов ( уа ), руб.; g - подсистема горнотехнической системы (ГТС).

Таблица 2 - Показатели полноты освоения техногенных георесурсов при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений_

Показатели полноты освоения техногенных георесурсов Формула Расшифровка формулы

Коэффициент снижения извлекаемой ценности техногенных георесурсов п тттек тг ^ _ \ -Ч изв. тек Ч /—1 ТТ^'из Т/ -М изв. общ где Цтек,„в., Цш'тв. - соответственно текущая и базовая извлекаемая ценность техногенных георесурсов; У1СК - текущий объем техногенных георесурсов, м'; Уобщ - общий объем техногенных георесурсов, м3

Коэффициент вовлечения в отработку забалансовых запасов V / 27" _ вовлв.пер/ — /у / забз где Увовлв лср. - объем (количество) забалансовых запасов, вовлекаемых в разработку, м3 (т); - общий объем (количество) забалансовых запасов, м3 (т).

Коэффициент утилизации отходов V / ТУ" _ утил / утил ~ /у / общ где Уут„.п - объем (количество) утилизируемых отходов, м3 (т); -общий объем (количество) отходов, м3 (т).

Коэффициент полезного использования выработанного пространства тг иСП ТГ _ в.пр "г- уПР + Vм пустот пустот где (■""" - объем используемого г в ир. выработанного пространства, м'/год; упг - объем выработанного подземного пространства. м3/год; ук - объем выработанного открытого пространства, м'/год.

Коэффициент использования земельного отвода С тг _ вы свод. зем. ~ п 1 общ где Бвысаб. - высвобождаемая площадь, га; 5,6,, - общая площадь земельного отвода, га.

Коэффициент использования промышленных вод V * / тт _ вовл пр вод / вод . — /у / пр .вод где УВОвл.пр.вод - объем (КОЛИЧеСТВО) вовлекаемых во вторичное использование промышленных вод, м (л); Уосщ - общий объем (количество! промышленных вод. м3 (л).

Коэффициент полноты извлечения ценных компонентов К„. = МеизвлУ Мб вал я где Ме „жг1 - количество извлеченного металла, тыс.т.; Ме ,-,а,.з - количество металла в балансовых запасах месторождения, тыс.т.

Результаты расчета коэффициента значимости для условий комбинированной разработки малых, средних и крупных по запасам медно-колчеданных месторождений показали, что наибольшее негативное воздействие на окружающую среду оказывает открытая геотехнология за счет значительных объемов отвалов пустых пород и карьерной выемки. Наименьшим негативным воздействием на окружающую среду характеризуется физико-химическая геотехнология (рисунок 2).

77 04%

76,84

0,40 0,35 0,30 0,25 0.20 0.15 0.10 0,05 0,00

Подземная геачехнология

Этапы от крыто-подзем ной разработки

Физико-химическая геотехнология

Рисунок 2 - Коэффициенты экологической значимости этапов открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений

Использование предлагаемого критерия оценки функционирования горнотехнических систем позволит уйти от стратегии «ликвидации накопленного экологического ущерба» к принципиально новому подходу функционирования горного производства с формированием обуславливающей стратегии предотвращения возможных экологических последствий.

Для определения области применения методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений произведен расчет критерия полноты освоения техногенных георесурсов. Горно-геологические условия разработки, технология освоения запасов полезных ископаемых на стадиях открытых, открыто-подземных и подземных горных работ, качественные и количественные характеристики техногенных георесурсов, образующихся в процессе освоения полезных ископаемых, для расчета приняты исходя из опыта комбинированной разработки малых, средних и крупных по запасам медно-колчеданных месторождений. При определении области применения методов управления техногенными георесурсами учитывались следующие параметры: этапы комбинированной разработки медно-колчеданных месторождений (открытый, открыто-подземный, подземный); стадия горных работ (развитие и завершение) и объем техногенных георесурсов (от 0 до 100%). По результатам

расчета построены эмпирические зависимости критерия полноты освоения техногенных георесурсов от запасов техногенного минерального сырья и объемов выработанных пространств, вовлекаемых в разработку на этапах открыто-подземной добычи медно-колчеданных месторождений в период развития и завершения горных работ.

Зависимости критерия полноты освоения техногенных георесурсов при реализации методов их управления на этапе открытой геотехнологии в период развития и завершения горных работ представлены на рисунке 3.

а)

Запасы техногенного минерального сырья, %

Объем выработанного карьерного пространства, %

Объем выработанного карьерного пространтсва, %

Рисунок 3 - Зависимости критерия полноты освоения техногенного минерального сырья (а, б) и открытых выработанных пространств (в. б) при реализации методов их управления на этапе открытой геотехнологии в период развития (а, в) и завершения горных работ (б, г).

Анализ полученных результатов показал, что критерий полноты освоения техногенных георесурсов изменяется от 0,02 до 0,17 дол.ед. в зависимости от стадии открытых горных работ, запасов техногенного минерального сырья и объема карьерного пространства. В период развития открытых горных работ наиболее эффективным, с точки зрения полноты освоения техногенных георесурсов, методом их управления является формирование техногенного месторождения из некондиционных руд во внутренних отвалах. На стадии завершения открытых горных работ целесообразно разрабатывать предварительно сформированные внешние и внутренние отвалы некондиционных руд при изменении кондиций на минеральное сырье. Использование выработанных карьерных пространств в период освоения природных георесурсов открытым способом предпочтительно для размещения вскрышных пород, а на стадии

завершения открытых горных работ при наличии свободных выработанных пространств необходимо размещать в них отходы горного производства.

Реализация методов управления запасами техногенного минерального сырья позволяет повысить полноту их освоения не менее, чем в 3,5 раза в период развития открытых горных работ (рисунок За), чем на стадии их завершения (рисунок 36). Использование открытых выработанных пространств, при завершении открытых горных работ, обеспечивает повышение полноты их освоения не менее чем в 2 раза (рисунок Зв), по сравнению со стадией разработки природных георесурсов (рисунок Зг).

Значение критерия полноты освоения техногенных георесурсов при реализации методов их управления на этапе открыто-подземной геотехнологии изменяется от 0,001 до 0.11 дол.ед. (рисунок 4).

а)

б)

минеральногосырья,%

Запасы техногенного минерального сырья "а

В)

Г)

Объем выработанного пространства, %

Объем выработанного карьерного и подземного пространства, %

Рисунок 4. - Зависимости критерия полноты освоения техногенного минерального сырья (а, 6) и открытых и подземных выработанных пространств (в, б) при реализации методов их управления на этапе открыто-подземной геотехнологии в период развития (а, в) и завершения горных работ (б, г).

Повысить полноту освоения техногенного минерального сырья на стадии развития открыто-подземных работ возможно за счет формирования техногенного месторождения из некондиционных руд в карьерном пространстве (рисунок 4а), а в период завершения открыто-подземных горных работ за счет отработки приконтурных запасов некондиционных руд физико-техническими способами добычи (рисунок 46). Использование подземных выработанных пространств в полном объеме для размещения отходов горного производства, как в период развития открыто-подземных работ, так и на стадии их завершения целесообразно при коэффициенте использования подземных выработанных пространств более 0,3 на стадии развития и более 0,5 на стадии завершения. В обратном случае,

предпочтительно использовать карьерные и подземные выработанные пространства для размещения горного оборудования (рисунок 4в) и транспортирования рудной массы в карьерное пространство (рисунок 4г).

Значения критерия полноты освоения техногенных георесурсов при реализации методов их управления на этапе подземной геотехнологии изменяется от 0,03 до 0,12 дол.ед.(рисунок 5). Повышению полноты освоения техногенного минерального сырья на стадии развития подземных работ способствует использование выработанных пространств: карьерного для формирования техногенного месторождения из некондиционных руд (рисунок 5а) и подземного для размещения отходов горного производства при стадийном порядке отработки подземных камер (рисунок 5в). В период завершения подземных горных работ целесообразно отрабатывать охранные целики некондиционных руд при изменении кондиций на минеральное сырье (рисунок 56). Использование незаполненных выработанных подземных пространств в период завершения подземной разработки месторождений предпочтительно при производстве связанных и не связанных с добычей работ (рисунок 5 г).

0.00 -

10 20 30 40 50 60 ТО 30 90 100

Объем подземного выработанного пространства. % Объем подземных выработанных пространств. %

Рисунок 5 - Зависимости критерия полноты освоения техногенного минерального сырья (а, б) и подземных выработанных пространств (в, б) при реализации методов их управления на этапе подземной геотехнологии в период развития (а, в) и завершения горных работ (б, г).

ООО

10 20 30 40 SO S0 70 80 90 100

Запасы техногенного минерального сырья, %

50 40 50 60 70 80

Запасы техногенного минерального сырья, %

Результаты исследований областей эффективного применения методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений предопределили необходимость выбора возможных их сочетаний в зависимости от состояния и поддержания выработанных пространств, ценности техногенного минерального сырья и способа отвалообразования на этапах разработки медно-колчеданных месторождений комбинированным способом (рисунок 6).

Разработанный алгоритм выбора комплекса методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств позволяет определить предпочтительный вариант, обеспечивающий максимально возможную полноту освоения техногенных георесурсов на стадиях развития и завершения открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений.

Оценку целесообразности управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений необходимо производить с помощью критерия эколого-экономической эффективности:

К:

ЭЭФ

I --

+ Э„,„ + Э + Э 3 3

(3)

(1+^У , „

где Ц - ценность дополнительной товарной продукции, р/т; {), - количество дополнительной товарной продукции, т; Э0пс - экономия на платежах за негативное воздействие на окружающую природную среду по видам, млн.р; Эжи - экономия на платежах земельного налога, млн.р; Эр - экономия ресурсов, млн.р; Эрек - экономия на затратах по рекультивации, млн.р.; Зжа,-эксплуатационные затраты по вовлечению в разработку техногенных георесурсов, млн.р: Зт„ - капитальные затраты на реализацию методов управления техногенными георесурсами, млн.р.; сі - норма дисконтирования, доли ед.; /=0...7'- горизонт расчета, лет; і =1...п - количество дополнительной товарной продукции.

Выполненные расчеты (рисунок 7) показали, что реализация комплексов методов управления техногенными георесурсами на этапах открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений обеспечивает повышение эколого-экономической эффективности в среднем на 25-35%.

3-5-%

открыто-подземный /открытый способ способ

подземный способ

; г О 5 10 15 го 25 30 35 40 45

Этапы открыто-подземной разработки, лет

Рисунок 7 - Эколого-экономическая эффективность комплексов методов управления техногенными георесурсами (1-5), включающих формирование техногенного месторождения; разработку вскрышных пород; использование пород от проходки выработок для дорожного строительства; использовании пород вскрыши в качестве заполнителя закладочных смесей; размещение горного оборудования и отходов горного производства в выработанных пространствах

На основании полученных результатов исследований определен предпочтительный комплекс методов управления техногенными георесурсами при комбинированной разработке медно-колчеданного месторождения «Юбилейное», реализация которого на всех стадиях открытых, открыто-подземных и подземных работ обеспечивает высокую полноту освоения техногенного минерального сырья и выработанных пространств (Кп0. = 0,88 дол.ед.) (рисунок 8).

Этапы открыто-подземной разраВотки медно-колчеданного месторождения ~Ю5илейное"

Рисунок 8 - Диаграмма критериев полноты освоения техногенных георесурсов и эколого-экономической эффективности при реализации методов управления техногенными георесурсами на этапах открыто-подземной разработки медно-колчеданного месторождения «Юбилейное»

С учетом фактического состояния горных работ на руднике «Юбилейный» определена эколого-экономическая эффективность методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств. Так, упущенная эколого-экономическая выгода от нереализованных методов управления техногенными георесурсами на стадии отработки запасов открытым способом составит 321 млн.р., а их реализация с настоящего момента времени на этапах открыто-подземных и подземных работ обеспечит эколого-экономический эффект в размере 457,3 млн.р.

18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся завершенной научно-квалификационной работой, дано решение актуальной научной задачи, заключающейся в обосновании методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений, имеющей важное значение для практики горнорудной промышленности и проектирования горнотехнических систем.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации:

1. Представлена классификация методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений по видам техногенных георесурсов, способам технологического воздействия на техногенные георесурсы и направлениям их использования в зависимости от стадий открытых, открыто-подземных и подземных работ.

2. Сконструированы технологические схемы реализации методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений, основанные на сочетаниях технологий освоения природного и техногенного минерального сырья, использования выработанных пространств и обеспечивающие расширение минерально-сырьевой базы и экологическую безопасность горнотехнической системы.

3. Разработан количественный критерий оценки полноты освоения техногенных георесурсов, учитывающий количественные и качественные характеристики техногенных отходов, образующихся при добыче полезных ископаемых, с учетом негативного воздействия горнотехнической системы на окружающую природную среду, который позволяет определить стратегию развития горного производства, наиболее полно отвечающую требованиям экологической безопасности и рациональному использованию недр.

4. Установлены эмпирические зависимости критерия полноты освоения техногенных георесурсов от запасов техногенного минерального сырья и объемов выработанных пространств, позволяющие определить область применения методов их управления на этапах открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений в период освоения и завершения горных работ. На стадии развития открытых горных работ, с целью обеспечения полноты освоения техногенных георесурсов, целесообразно осуществлять управление запасами техногенного минерального сырья (Кп.о. = 0,13 дол.ед) за счет формирования техногенного месторождения из некондиционных руд в карьерном пространстве, а на стадии завершения - открытыми выработанными пространствами (Кп о. = 0,17 дол.ед) за счет размещения в них отходов горного производства. В период развития и завершения открыто-подземных работ максимально возможная полнота освоения техногенных георесурсов достигается при реализации методов управления запасами некондиционных руд при формировании техногенного месторождения в карьерном пространстве и их отработки при разработке приконтурных запасов (Кп.о. соответственно равен 0,11 и 0,07 дол.ед). При развитии подземных работ необходимо одновременно

осуществлять управление запасами техногенного минерального сырья путем формирования техногенного месторождения из некондиционных руд в карьерном пространстве ( Кп0. = 0,12 дол.ед.), и подземными выработанными пространствами, размещая в них отходы горного производства (КПо. = 0,09 дол.ед.).

5. Доказана целесообразность методов управления запасами техногенного минерального сырья за счет повышения полноты их освоения более чем в 2 раза в процессе развития открытых, открыто-подземных и подземных работ, по сравнению с их реализацией на стадии завершения горных работ. Полнота использования карьерных пространств на стадии завершения открытых и открыто-подземных работ в 1,2 раза выше, чем в процессе развития открытых и открыто-подземных, а подземных выработанных пространств - в 1,8 раз выше на стадии развития подземных работ, чем после их завершения.

6. Разработан алгоритм выбора комплекса методов управления техногенными георесурсами, позволяющий определить предпочтительный вариант, обеспечивающий наибольшую полноту освоения техногенного минерального сырья и выработанных пространств в зависимости от стадии горных работ, ценности техногенного минерального сырья, технологий добычи полезных ископаемых, способов отвалообразования и поддержания очистного пространства.

7. Определена эколого-экономическая эффективность управления запасами техногенного минерального сырья и выработанных пространств на этапах открыто-подземных и подземных работ при разработке медно-колчеданного месторождения Юбилейное в размере 457,3 млн.р.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Издания, рекомендованные ВАК Мииобриауки РФ

1. Плесовских, Т.П. Методика оценки эколого-экономической эффективности освоения участка недр / В.Н. Калмыков, М.В. Рыльникова, О.В. Петрова // Маркшейдерский вестник. -2012. -№1. - С. 59-64.

2. Плесовских, Т.П. Обоснование структуры горнотехнической системы при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов ОАО «Учалинский ГОК» / В.Н. Калмыков, О.В. Петрова, Ю.Д. Янтурина // Проблемы проектирования технологий подземной и комбинированной разработки рудных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). - 2013. - №5. - С. 22-34.

3. Плесовских, Т.П. Методы управления техногенными георесурсами при комбинированной разработке рудных месторождений / В.Н. Калмыков, О.В. Петрова // Известия вузов. Горный журнал. - 2013. - №8. - С. 4-10.

Прочие научные издания

4. Плесовских, Т.П. Обоснование варианта горнотехнической системы разработки медно-колчеданных месторождений с учетом требований

экологически безопасного освоения участка недр / В.Н. Калмыков, О.В. Петрова // Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр: труды международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, -2011(2013). - С.44-58.

5. Плесовских, Т.П. Оценка эколого-экономической эффективности комбинированной геотехнологии / В.Н. Калмыков, О.В. Петрова // Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр земли: труды международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ,-2011.-С. 91-102.

6. Плесовских, Т.П. Обоснование варианта горнотехнической системы в условиях интенсивного освоения медно-колчеданных месторождений / В.Н. Калмыков, О.В. Петрова, Г.Р. Байнозарова, Ю.Д. Янтурина // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 69-й научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, - 2011. - Т. 1. - С. 35-38.

7. Плесовских, Т.П. Основные положения методики опытно-промышленных испытаний системами подэтажных штреков при повторной разработке Кочкарского месторождения / В.Н. Калмыков, П.В. Казилов, A.A. Гоготин // Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых: тематический сборник трудов. - Магнитогорск: МГТУ, - 2012. - С. 48-53.

8. Плесовских, Т.П. Проектирование горнотехнических систем с учетом эколого-экономической эффективности горных предприятий / О.В. Петрова // Создание высокоэффективных производств на предприятиях горнометаллургического комплекса: материалы международной научно-практической конференции. - Верхняя Пышма: Уральский рабочий, - 2013.- С.10-11.

9. Плесовских, Т.П. Методика выбора горнотехнической системы комплексного освоения природных и техногенных георесурсов при разработке рудных месторождений / В.Н. Калмыков, О.В. Петрова // Комбинированная геотехнология: масштабы добычи и качество сырья при комплексном освоении месторождений: материалы международной научно-технической конференции, Магнитогорск: МГТУ, - 2013.-С. 15.

10. Плесовских, Т.П. Повторная разработка Кочкарского месторождения системами подэтажных штреков / В.Н. Калмыков, A.A. Гоготин // II Международная научно-техническая конференция «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений», Екатеринбург: УГГУ, - 2013. - С.50-53.

Подписано в печать 22.11.2013 Формат 60x84/16 Бумага тип №1

Плоская печать. Усл.исч.л 1.00. Тираж 100 экз. Заказ помер 667

455000, Магнитогорск, ир.Ленина. 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Плесовских, Татьяна Петровна, Магнитогорск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.Г.И. НОСОВА»

На правах рукописи

0420145450

п ?

ПЛЕСОВСКИХ ТАТЬЯНА ПЕТРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ ГЕОРЕСУРСАМИ ПРИ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальности 25.00.22 — «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)», 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: профессор, доктор технических наук

В.Н. Калмыков доцент, кандидат технических наук

О.В. Петрова

Магнитогорск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

1.СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................................................10

1.1. Анализ опыта формирования горнотехнической системы при открыто-подземной отработке медно-колчеданных месторождений.....................................10

1.2. Определение технологических возможностей совместной разработки

природных и техногенных георесурсов......................................................................17

1.3 Оценка эколого-экономической эффективности освоения рудных месторождений горнотехнической системы...............................................................28

1.4. Горно-геологическая и горнотехническая характеристика природных и техногенных георесурсов при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений...............................................................................................................38

1.5. Цель, задачи и методы исследования...................................................................47

ВЫВОДЫ:......................................................................................................................49

2. РАЗВИТИЕ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ ГЕОРЕСУРСАМИ ПРИ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ..........................51

2.1. Научно-методические подходы к управлению техногенными георесурсами при освоении рудных месторождений........................................................................51

2.2. Классификация методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений....................57

2.3 Конструирование технологических схем реализации методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств....................................................................................................................67

2.4 Обоснование критерия оценки полноты освоения техногенных георесурсов.. 79 2.5. Разработка методики эколого-экономической эффективности методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке

медно-колчеданных месторождений...........................................................................85

ВЫВОДЫ:......................................................................................................................93

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ ГЕОРЕСУРСАМИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.....................................................................95

3.1. Исследование влияния коэффициентов значимости экологических факторов на эффективность освоения техногенных георесурсов.............................................95

3.2. Оценка полноты освоения запасов техногенного минерального сырья и использования выработанных пространств при реализации методов их управления на этапах открыто-подземной разработки................................................................102

3.3 Алгоритм выбора комплекса методов управления техногенными георесурсами ........................................................................................................................................119

3.4 Обоснование эколого-экономической эффективности управления

техногенными георесурсами......................................................................................123

ВЫВОД.........................................................................................................................130

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ТЕХНОГЕННЫМИ ГЕОРЕСУРСАМИ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕДНО-КОЛЧЕДАННОГО

МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ЮБИЛЕЙНОЕ»....................................................................132

4.1. Разработка комплекса методов управления техногенными георесурсами при освоении медно-колчеданного месторождения «Юбилейное»..............................132

4.2 Расчет критерия полноты освоения запасов техногенного минерального сырья и использования выработанных пространств...........................................................134

4.3 Оценка эколого-экономической эффективности управления техногенными георесурсами при освоении медно-колчеданного месторождения «Юбилейное»

........................................................................................................................................138

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................147

Библиографический список........................................................................................151

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.........................................................................................................164

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.........................................................................................................168

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.........................................................................................................172

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время длительное освоение медно-колчеданных месторождений традиционными физико-техническими способами разработки обуславливает накопление на земной поверхности большого количества и широкого спектра отходов горного производства: в виде отвалов некондиционных руд и вмещающих пород, промышленных стоков, выработанных пространств, отсевов радиометрической сепарации. Месторождения, планируемые к отработке с использованием тех же принципов и подходов, предусматривают отработку только природных георесурсов с последующим образованием складируемых техногенных георесурсов, которые в связи с пересмотром кондиций на минеральное сырье затрудняют последующую отработку запасов; а близость расположения горных производств к населенным пунктам обуславливает нехватку земельных площадей под складирование вновь образующих отходов.

Реализация методов управления техногенными объектами в сочетании с процессами комбинированной разработки природных георесурсов позволит расширить минерально-сырьевую базу, снизить нагрузку на окружающую среду, обеспечить экологическую безопасность горнотехнической системы. В связи с этим необходимо менять подходы к формированию горнотехнической системы, которая должна быть основана на сочетаниях процессов освоения природных и техногенных георесурсов с целью повышения полноты использования недр в целом, наряду с сокращением негативного воздействия горного производства на окружающую природную среду.

Расширить минерально-сырьевую базу и повысить экологическую безопасность горнотехнических систем возможно за счет управления техногенными отходами на различных стадиях освоения запасов месторождений путем вовлечения в технологические процессы горнодобывающего производства образующихся техногенных георесурсов. Поэтому обоснование методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений представляет актуальную научную задачу.

В связи с этим целью работы является повышение полноты освоения недр и снижение экологического воздействия на основе рациональных методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений.

Идея работы заключается в том, что повышение полноты и эколого-экономической эффективности освоения рудных месторождений достигается за счет учета при проектировании горнотехнической системы комплексного использования природных и техногенных минерально-сырьевых и пространственных георесурсов при открыто-подземной разработке.

Объект исследования - горнотехнические системы разработки медно-колчеданных месторождений открыто-подземным способом.

Предмет исследования - методы управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений.

Задачи исследований:

• Анализ опыта разработки техногенных георесурсов при освоении медно-колчеданных месторождений комбинированным способом.

• Разработка классификации методов управления техногенными георесурсами при комбинированной разработке медно-колчеданных месторождений.

• Определение критерия количественной оценки эффективности освоения техногенных георесурсов на этапах открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений.

Обоснование методов управления техногенными георесурсами, области их применения и конструирование вариантов горнотехнических систем при освоении рудных месторождений.

Оценка эколого-экономической эффективности рекомендуемых методов управления техногенными георесурсами при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений.

Методы исследований. В работе использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и практики освоения и переработки техногенных георесурсов, опыт отечественных и зарубежных исследований; обработку результатов расчета критерия полноты освоения техногенных георесурсов на ЭВМ с использованием методов математической статистики и технико-экономическая оценка.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Повышение полноты освоения техногенных георесурсов обеспечивается выбором рациональных методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств, предусматривающих пространственное и временное совмещение технологических способов воздействия на техногенные георесурсы в зависимости от стадии открытых, открыто-подземных и подземных работ.

2. Выбор методов управления техногенными георесурсами должен производится по комплексному критерию, учитывающему показатели полноты их использования в зависимости от количественных и качественных характеристик техногенных отходов добычи полезных ископаемых и степени экологического воздействия горнотехнической системы на окружающую природную среду.

3. Реализация методов управления запасами техногенного минерального сырья в период развития открытых, открыто-подземных и подземных работ позволяет повысить более чем в 2 раза полноту использования отходов по сравнению с применением этих методов на стадиях завершения открыто-подземной разработки медно-колчеданных месторождений. Полнота использования карьерных пространств в среднем на 20% выше на стадии завершения открытых и открыто-подземных работ, чем в процессе их развития, а полнота использования подземных выработанных пространств выше на 80% на стадии развития подземных работ по сравнению с этапом их завершения.

4. Совместный учет при проектировании горнотехнической системы ценности техногенных георесурсов, технологий и степени их использования, уровня экологического воздействия этапов открыто-подземной разработки на

окружающую природную среду позволяет повысить эколого-экономическую эффективность освоения медно-колчеданных месторождений на 25-35%.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; подтверждается сопоставимостью аналитических расчетов; положительными результатами апробации рекомендаций.

Научная новизна.

1. Классификация методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений по видам технологического воздействия на техногенные георесурсы и направлениям их использования на стадиях открытых, открыто-подземных и подземных работ.

2. Методика расчета коэффициента полноты освоения техногенных георесурсов, учитывающая показатели снижения извлекаемой ценности техногенного сырья, степени вовлечения в отработку забалансовых запасов, утилизации отходов, использования выработанных пространств и промышленных вод, земельного отвода, уровня извлечения ценных компонентов из техногенного минерального сырья, а также коэффициента значимости экологического воздействия горнотехнической системы.

3. Эмпирические зависимости критерия полноты освоения техногенных георесурсов от объемов техногенного минерального сырья, вовлекаемого в разработку, и коэффициента использования открытых и выработанных пространств на этапах открыто-подземной разработки.

4. Алгоритм выбора комплекса методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств, учитывающий способ отвалообразования и управления состоянием массива на стадиях открытых, открыто-подземных и подземных работ

Личный вклад автора состоит в обосновании методики расчета критерия полноты освоения техногенных георесурсов, установлении эмпирических зависимостей критерия полноты освоения техногенных георесурсов от объемов

техногенного минерального сырья и коэффициента использования открытых и выработанных пространств, а так же в разработке алгоритма выбора комплекса методов управления запасами техногенного минерального сырья и объемами выработанных пространств.

Практическая значимость работы заключается в разработке комплекса методов управления техногенными георесурсами при освоении медно-колчеданного месторождения «Юбилейное» по управлению техногенными георесурсами.

Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении государственных контрактов с Минобрнауки РФ № 16.515.1 1.5065 (руководитель - академик РАН К.Н. Трубецкой) и № 14.740.11.1272, 14.В37.21.1910 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семинарах кафедры ПРМПИ МГТУ им. Г.И. Носова; Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2011-2012гг.); 6, 7 Международных конференциях: «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (г. Магнитогорск, МГТУ, 2011г., 2013г.); 4 Международной научно-практической конференции «Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия промышленных регионов России» (г.Новокузнецк, СибГИУ, 2012г.); 7 Всероссийской молодежной научно-практической конференции (с участием иностранных ученых) «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 2013г.); 69 и 70 Межрегиональных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (г. Магнитогорск, МГТУ, 2011-2012гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК России.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 119 наименований, изложенных на 175 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунков, 36 таблицу, 3 приложения.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научным руководителям д.т.н. В.Н. Калмыкову и к.т.н. О.В. Петровой, а так же сотрудникам ИПКОН РАН и кафедры ПРМПИ МГТУ за научные консультации и ценные замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований.

1.СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ опыта формирования горнотехнической системы при открыто-подземной отработке медно-колчеданных месторождений

Интенсивное освоение медно-колчеданных месторождений характеризуется постоянным наращиванием производственных мощностей наряду со снижением ценности вовлекаемых в отработку запасов и образованием значительных объемов сопутствующих техногенных образований. Длительное освоение месторождений традиционными физико-техническими способами разработки обуславливает накопление на земной поверхности большого количества и широкого спектра отходов горного производства в виде отвалов некондиционных руд и вмещающих пород, промышленных стоков, некондиционных концентратов, отсевов радиометрической сепарации, выработанных пространств. Вовлечение в эксплуатацию более бедных руд сопровождается увеличением объема добычи и неизбежным ростом отходов их переработки. Такая ситуация типична для медно-колчеданных месторождений, длительное время разрабатываемых открытым и подземным способами: Гайского, Учалинского, Узельгинского, Молодежного, Сибайского и др.

В настоящее время большинство медно-колчеданных месторождений, отрабатываемых открыто-подземным способом, находятся на стадии завершения открытых горных работ, подземные горные работы перемещаются на глубокие горизонты и характеризуются сложными горно-геологическими и горнотехническими условиями, а именно сложным вещественным составом, низким содержанием полезных компонентов в руде, сокращением балансовых запасов руды. Все это приводит к истощению минерально-сырьевой базы горнодо�