Обоснование оптимальных потерь полезных ископаемых в контактных зонах рудных тел при проектировании открытой разработки сложноструктурных месторождений

Кава, Павел Богданович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование оптимальных потерь полезных ископаемых в контактных зонах рудных тел при проектировании открытой разработки сложноструктурных месторождений
ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование оптимальных потерь полезных ископаемых в контактных зонах рудных тел при проектировании открытой разработки сложноструктурных месторождений"

005058274

На правах рукописи

КАВА Павел Богданович

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В КОНТАКТНЫХ ЗОНАХ

РУДНЫХ ТЕЛ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 £ МАЯ ¿013

Санкт-Петербург - 2013

005058274

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете «Горный».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, ООО «СПб-Гипрошахт», главный технолог

кандидат технических наук, ЗАО «ПитерГОРпроект», директор по развитию - эксперт

Ведущая организация - ЗАО «Полиметалл-инжиниринг».

Защита диссертации состоится 21 мая 2013 года в 15 ч. на заседании диссертационного совета Д.212.224.09 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Фомин Сергей Игоревич

Официальные оппоненты:

Решетняк Сергей Прокофьеич

Кирюков Сергей Владимирович

Автореферат разослан I1"

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

КОРШУНОВ

Геннадий Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Оптимизация методов определения и учёта потерь полезных ископаемых является неотделимой частью совершенствования методологии проектирования открытой разработки месторождений.

Значительный вклад в развитие методов определения потерь, разубоживания и засорения при проектировании открытой разработки полезных ископаемых внесли такие ученые, как А.И. Арсентьев, И.И. Аристов, П.П. Бастан, Б.Н. Байков, С.Э. Мининг, Г.В. Секисов, В.П. Смирнов, К.Н. Трубецкой, Г.А. Холодняков, О.В. Шпанский, Б.П. Юматов и ряд других.

Повышение эффективности реализации проектов следует проводить на рациональной основе извлечения и использования природных ресурсов. Применяемые ведомственные методики проектирования для нормирования и определения потерь полезных ископаемых часто недостаточно универсальны, так как не учитывают совокупность экономических и технологических факторов, горнотехнические и горно-геологические особенности отрабатываемых месторождений.

В настоящее время в методиках определения оптимальных потерь не достаточно учтены специфические особенности отработки рудно-породных контактов рудных тел сложноструктурных месторождений, характер выемочных единиц, технологические схемы отработки, степень влияния различных параметров и показателей карьера.

Цель работы. Обоснование и разработка методики определения оптимальных потерь полезных ископаемых в контактных зонах рудных тел и пород, с учетом особенностей разработки сложно-структурных месторождений, динамики развития рабочей зоны карьера, обеспечивающей повышение эффективности проектных решений.

Идея работы. Определение оптимальных потерь полезных ископаемых следует проводить с учётом горно-геологических и горнотехнических особенностей сложноструктурных месторождений, разработанных технологических схем отработки рудно-породных контактов, показателей извлечения полезных ископаемых из недр,

обеспечивающее повышение экономической эффективности и достоверности проектных решений.

Основными задачами работы являются:

• Анализ современных методов определения и нормирования потерь полезных ископаемых при проектировании открытой разработки рудных месторождений.

• Разработка и обоснование методики определения оптимальных потерь полезных ископаемых с учетом горно-геологических и горнотехнических особенностей сложноструктурных рудных месторождений.

• Обоснование выемочных единиц при разработке сложно-структурных полиметаллических месторождений.

• Разработка технологических схем отработки контактов рудных тел и пород для карьеров, отрабатывающих рудные месторождения со сложной структурой оруденения.

• Обоснование показателя и критерия для определения оптимальных потерь при открытой разработке сложноструктурных месторождений.

Научная новизна:

• Обоснован показатель и критерий для определения оптимальных потерь, засорения и разубоживания руды при открытой разработке сложноструктурных месторождений, позволяющий повысить эффективность проектных решений.

• Установлено граничное значение углов падения рудных тел сложноструктурных месторождений, с учетом параметров системы разработки для различных моделей экскаваторов, обеспечивающее обоснованный выбор методики определения потерь при проектировании карьеров.

• Определена степень влияния параметров и показателей карьеров на величину ущерба от потерь руды.

Основные защищаемые положения:

зателей карьера на окончательный результат: низкая (от 0 до 40 %) -капитальные затраты, коэффициент дисконтирования, налоги; средняя (от 41 до 90 %) - себестоимость добычных работ, угол откоса рабочего уступа; высокая (свыше 90 %) - ценность руды, высота треугольника теряемой руды, угол падения рудного тела, длина контактной зоны в плане.

2. Оптимизацию показателей потерь, засорения и разубожива-ния при проектировании карьеров следует проводить по разработанной методике, которая в отличие от известных системно учитывает горно-геологические и горнотехнические особенности сложнострук-турных рудных месторождений, динамику формирования рабочей зоны, особенности формирования выемочных единиц, позволяющей повысить показатели полноты использования недр, экономической эффективности и достоверности проектных решений.

3. Использование предложенных технологические схем для отработки контактных зон руда-порода, для различной формы рудного тела в плане и по глубине, с учетом требований по усреднению качества руды, при различной степени визуальной различимости руды и породы в контактной зоне, позволяет обеспечить снижение потерь и засорения, повышение эффективности проектных решений.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением комплексного подхода, включающего анализ и обобщение фундаментальных исследований авторов в области проектирования карьеров; обширным привлечением проектных и фактических материалов работы отечественных и зарубежных карьеров-аналогов; использованием геоинформатики и моделирования на персональных компьютерах, методов математиче-

ской статистики и теории вероятностей, классических экономических и финансовых теорий; системным анализом при исследовании потерь и засорения на рудных карьерах.

Практическая значимость работы:

Разработана методика определения оптимальных потерь, засорения и разубоживания при проектировании открытой разработки сложноструктурных рудных месторождений, с учетом горнотехнических особенностей и динамики формирования рабочей зоны карьера.

Предложены технологические решения по рациональной отработке контактов рудных тел, обеспечивающие снижение потерь и засорения при проектировании открытой разработки сложноструктурных рудных месторождений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференциях «День горняка и металлурга» (Фрайберг, 2012 г.), «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2010 - 2012 гг.); международных форумах молодых ученых «Проблемы недропользования (Санкт-Петербург, 2010 - 2012), на заседаниях кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Исследования выполнялись в рамках государственного контракта № 02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически безопасных малоотходных способов разработки рудных месторождений открытым способом в сложных гидрогеологических условиях» (шифр заявки «2010-1.1-224-041-019») в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, мероприятие 1.1 - V очередь «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области экологически безопасных разработок месторождений и добычи полезных ископаемых».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 4 в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки Рос-

сии.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 176 страниц, 41 таблицу, 36 рисунков и список литературы из 132 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведён анализ положений по определению потерь полезных ископаемых при разработке сложноструктурных рудных месторождений. Представлены современные тенденции в исследованиях критериев и методов нормирования потерь полезных ископаемых.

Во второй главе проведён анализ показателей, влияющих на определение оптимальных потерь и разубоживания полезных ископаемых при проектировании карьеров. Обоснованы технологические схемы отработки контактных зон «руда-порода». Сформулированы особенности формирования выемочных единиц в карьере.

В третьей главе приведён показатель, критерий и методика определения оптимальных потерь, засорения и разубоживания при открытой разработке рудных месторождений. Проведён анализ эластичности параметров, влияющих на величину экономического ущерба от потерь руды. Обосновано граничное значение угла падения рудного тела для выбора типа методики определения потерь руды с учётом технологии отработки месторождения.

В четвертой главе получены закономерности распределения содержаний полезных компонентов и условий залегания рудных тел на исследуемом месторождении. Реализована методика определения оптимальных потерь, засорения и разубоживания руды на карьере по добыче полиметаллических руд «Озёрный».

Теоретической базой работы послужили труды в области открытой разработки месторождений, методологии проектирования карьеров, таких ученых, как М.И. Агошков, Ю.И. Анистратов,

A.И. Арсентьев, П.П. Бастан, Ж.В. Бунин, В.Г. Близнюков, С.Е. Гавришев, В.А. Галкин, A.B. Гальянов, Ф.Г. Грачев, С.А. Ильин, Ю.Е. Калугин, В.В. Квитка, B.C. Коваленко, C.B. Корнилков,

B.Ф. Колесников, А.Н. Косолапов, H.A. Мацко, Н.В. Мельников, H.H. Мельников, М.Г. Новожилов, В.В. Ржевский, С.П. Решетняк, О.Н. Салманов, П.И. Томаков, К.Н. Трубецкой, В.П. Федорко,

C.И. Фомин, Г.А. Холодняков, B.C. Хохряков, В.Г. Шитарев,

О.В. Шпанский, Н.Н. Чаплыгин, Б.П. Юматов, В.Л. Яковлев и др.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Величина экономического ущерба от потерь руды, должна определяться по установленной зависимости, учитывающей геологические и горнотехнические условия открытой разработки сложноструктурных месторождений, позволяющей на основе коэффициента эластичности выявить степень влияния основных параметров и показателей карьера на окончательный результат: низкая (от 0 до 40 %) - капитальные затраты, коэффициент дисконтирования, налоги; средняя (от 41 до 90 %) - себестоимость добычных работ, угол откоса рабочего уступа; высокая (свыше 90 %) - ценность руды, высота треугольника теряемой руды, угол падения рудного тела, длина контактной зоны в плане.

Для уменьшения величины ущерба от потерь руды необходимо при проектировании карьеров из общего ряда факторов выявить наиболее значимые, оказывающие наибольшее влияние на окончательный результат. Анализ эластичности заключается в поочередном изменении значений проектных переменных и проверке влияния этих изменений на результаты проекта.

Рассчитав показатели эластичности, переменные ранжируют по степени их чувствительности, то есть по степени их влияния на результаты проекта. Затем методом экспертных оценок определены возможности прогнозирования изменений значений переменных и составлена матрица чувствительности, с помощью которой выявлены наиболее значимые для реализации проекта факторы.

Для оценки ущерба от потерь руды в контактной зоне «руда-порода» (для крутопадающих рудных тел) получена зависимость (1)

2 (=1

где п - количество рудных тел; Ц - цена продукции, руб./т; С - себестоимость продукции, руб./т; Н - налог на продукцию, руб./т; К -удельные капитальные вложения, руб./т; Е - среднегодовая норма дисконта, доли, ед.; а - угол падения рудного тела, град.; р - угол откоса добычного уступа, град.; оот - высота треугольника теряемой

руды, м; ур - объемный вес руды, т/м3; I - длина контакта рудного тела со вскрышной породой, м.

Процентное изменение какого-либо параметра или показателя вызывает определенное изменение другого. Для определения степени влияния этих факторов-аргументов на величину Пч оценивается размах их значений, затем принимаются средние значения и по ним определяется среднее Пч.

Чтобы выразить степень влияния различных факторов на ущерб от потерь руды в количественной форме, используется коэффициент эластичности, характеризующий степень реагирования функции на степень изменения аргумента

г = (2) и-1 , Ах,у,

где п - число точек рассматриваемых вариантов аргумента; ^ - значение функции в 1-й точке; Ду< - приращение функции в ¡-й точке; Х1 - значение аргумента в ¡-й точке; Ах(- приращение аргумента в ¡-й точке.

На рисунке 1 представлена диаграмма результатов определения коэффициента эластичности для различных параметров и показателей карьера.

По степени влияния на исследуемый параметр можно выделить 3 типа данных:

1. Низкая степень влияния (от 0 до 40 %) - капитальные затраты, коэффициент дисконтирования, налоги.

2. Средняя степень влияния (от 41 до 90 %) - себестоимость добычных работ, угол откоса рабочего уступа.

3. Высокая степень влияния (свыше 90 %) - ценность руды, высота треугольника теряемой руды, угол падения рудного тела, длина контактной зоны в плане.

350

300 -

250 -

ё о 200

Й 150 -

100 -

345,18]

..............^

□ ценность руды = У™л падения рудного тела

■I себестоимость добычных » угол откоса уступа К высота рабочего уступа §§ Длина контактной зоны

И объёмный вес руды

Рисунок 1 - Диаграмма результатов определения коэффициента эластичности для различных параметров и показателей карьера

2. Оптимизацию показателей потерь, засорения и разубоживания при проектировании карьеров следует проводить по разработанной методике, которая в отличие от известных системно учитывает горно-геологические и горнотехнические особенности сложноструктурных рудных месторождений, динамику формирования рабочей зоны, особенности формирования выемочных единиц, позволяющей повысить показатели полноты использования недр, экономической эффективности и достоверности проектных решений.

В методике для расчёта нормативных значений потерь руды в качестве критерия принят минимум суммарного ущерба от потерь и разубоживания и для условий разработки сложноструктурных месторождений учтен ряд специфических факторов. В настоящее время важным вопросом при нормировании потерь и разубоживания является определение выемочных единиц в карьере. Из существующих

критериев, только критерий минимального суммарного экономического ущерба от потерь и разубоживания может быть использован при любом типе выемочной единицы, так как он позволяет анализировать рациональность разработки месторождения, и в расчётах используются только удельные показатели, приведённые к одной величине.

Экономический ущерб от потерь руды

Уп = (Д., • е., • Ил + Цо2 -С,г-Ио1 + ...+Цоа . . Ит )+3. - Зд - АЗЯр - з'„ = (3) = &ЦогС„-иы)+з.-зд -Д Зтр ~3'п, руб./т

где цы - цена конечного продукта, руб./т; см - содержание полезного компонента в балансовых запасах, доли, ед.; ио1 - сквозное извлечение полезного компонента при обогащении или металлургической переработке, доли, ед.; Зв - себестоимость вскрышных пород без учета расходов на транспортировку, руб./т; Зд - себестоимость руды без учета расходов на транспортировку, руб./т; АЗт - разница в себестоимости перевозки руды на фабрику и вскрышных пород на отвал, руб./т; з'п - себестоимость переработки руды, руб./т. Экономический ущерб от разубоживания руды

Ув = Зд -3. + ДЗтр +3'п-(Цо1.в, + цо2 .вг ■ Ив2 +...+Цш• «„ ■ ит) = /

(4)

= 3„ -3. +А3яр+3'п -С£ц„, ■в,-И.,), руб./т

где вi - содержание полезного компонента в разубоживающих породах, доли, ед.; я„, - сквозное извлечение при обогащении или металлургической переработке, скорректированное по формуле Уайта для разубоживающих пород, доли. ед.

При определении площадей треугольников потерь руды и примешиваемой породы учитываются углы падения для каждого рудного тела отдельно в пределах исследуемого участка. Для определения ущербов от потерь и разубоживания руды учитываются со-

держания полезных компонентов для каждого рудного тела отдельно в пределах исследуемого участка.

Для случая крутопадающих рудных тел

2 + + ^ +

где / - длина контакта рудного тела со вскрышной породой на пом горизонте, м.

Для случая наклонных рудных тел, рисунке 2,

Ц-зта-зтР у Ц-^хпа-тпр {Ь„, т-п

в^а)'1'7р В 2 • ъ\п{р - а) I* где А - высота добычного уступа, м; /„ - часть ширины рабочей площадки, где происходят потери руды, м; ¿я - ширина рабочей площадки, м.

Рисунок 2 - Схема для расчёта потерь и примешивания при отработке наклонного рудного тела

Для оценки ущерба от потерь руды в контактной зоне руда-порода (для кругопадающих рудных тел) следует использовать полученную зависимость (1).

Для пологопадающих рудных тел

-0,5-Я-£-#'РУб• (5>

где п - количество рудных тел; Ц - цена продукции, руб./т; С - себестоимость 1 т продукции, руб./т; Н - налог на продукции, руб./т; К -удельные капитальные вложения, руб./т; Е - среднегодовая норма дисконта, доли. ед.

На рисунке 3 представлен график зависимости высоты треугольника теряемой руды и ширины основания треугольника теряемой руды от угла падения рудного тела для экскаватора ЭКГ-18.

60 -;

50 ]

40 |

-!зо ч

10 -0 ~

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Р, град.

Рисунок 3 - График зависимости высоты треугольника теряемой руды и ширины основания треугольника теряемой руды от угла падения рудного тела для экскаватора ЭКГ-18

Предложенная методика определения количественных и качественных характеристик потерь и разубоживания руды при открытой разработке сложноструктурных месторождений, позволяет оценить технико-экономическую эффективность проектных решений.

3. Использование предложенных технологические схем для отработки контактных зон руда-порода, для различной формы рудного тела в плане и по глубине, с учетом требований по

усреднению качества руды, при различной степени визуальной различимости руды и породы в контактной зоне, позволяет обеспечить снижение потерь и засорения, повышение эффективности проектных решений.

На основе анализа результатов исследований по потерям руды при открытой разработке месторождений установлено, что контактная зона представлена сложной формой поверхности контакта руда-порода, но в отдельных случаях может не иметь выделяемой поверхности контакта. Возможно выделение некоторого объёма горной массы, расположенного в переходной зоне от балансовой руды к забалансовой. В зависимости от угла падения залежи и высоты добычного уступа контактная зона может иметь различную ширину.

По результатам исследования переходных зон «руда-порода» предложено двенадцать технологических схем их отработки, включающих в качестве добычного оборудования машины циклического действия. На технологических схемах представлена часть массива с выделенной в нём контактной зоной, рисунок 3.

Размер контактной зоны в плане и в поперечном направлении зависит от ряда факторов:

• ценности полезных ископаемых (месторождение золота, месторождение меди);

• содержаний полезных компонентов в контактной зоне;

• угла падения рудного тела в контактной зоне;

• высоты рабочего уступа;

• визуальной различимости руды и породы.

Отработка контактных зон может осуществляться продольными или поперечными заходками. Выбор типа заходки зависит от следующих факторов:

• криволинейности линии контактной зоны в плане;

• степени визуальной различимости руды и породы в контактной зоне;

• степени криволинейности плоскости контакта «руда-порода» в вертикальных сечениях;

• параметров рудных тел - простирание, ширина, угол падения;

• значения крепости руды и породы в контактной зоне.

Условные обозначения

- эаходка и направление её отработки

----- - граница контактной зоны

"1 2 3" номера рабочих горизонтов в карьере

Рисунок 3 - Технологическая схема отработки контактной зоны рудных тел

Чем менее криволинейна линия контактной зоны в плане, и, чем больше её протяжённость, тем целесообразнее селективная отработка контактной зоны. Так как, в данном случае, экскаваторная за-ходка почти не меняет своё направление, и производительность экскаватора остаётся постоянной по значению. Выбор продольной или поперечной схем отработки контактных зон осуществляется на основе требований к качеству добываемого сырья. Продольную схему отработки следует выбирать при условиях большой протяжённости контактной зоны без изменения направления. Поперечную схему отработки следует принимать при наличии сильно искривлённой и изменчивой по направлению линии контактной зоны в плане.

Таблица 1 - Краткое описание технологических схем №№ 1-6 отработки контактной зоны руда-порода_

Технологическая схема № 1 Технологическая схема №2 Технологическая схема №3

Проходка контактной зоны - продольными заходками. Проходка основной части рудного тела -поперечными заходкам Проходка контактной зоны - продольными заходками. Проходка основной части рудного тела -под углом к линии контактной зоны Проходка контактной зоны - продольными заходками. Проходка основной части рудного тела -продольными заходками

Технологическая схема №4 Технологическая схема №5 Технологическая схема №6

Проходка контактной зоны - продольными заходками. Проходка основной части рудного тела -поперечными заходками Проходка контактной зоны - продольными заходками. Проходка основной части рудного тела -под углом к линии контактной зоны Проходка контактной зоны - продольными заходками Проходка основной части рудного тела -продольными заходками

Когда отрабатывается крутопадающее рудное тело, целесообразно вести продольную отработку контактной зоны - в этом случае забой в вертикальном сечении можно условно разделить на правую и левую части с, соответственно, рудой (породой) и породой (рудой). При отработке наклонного рудного тела, ширина контактной зоны имеет большую величину в пределах одного добычного уступа. В данном случае целесообразно вести отработку поперечными заходками - забой можно условно разделить на верхнюю и нижнюю части с, соответственно, рудой (породой) и породой (рудой).

Каждую из приведённых технологических схем отработки контактной зоны можно рассматривать для двух случаев:

• руда и порода визуально различимы;

• руда и порода визуально неразличимы.

При условии наличия визуальной различимости руды и породы следует определять оптимальное количество примешиваемой породы, так как зачастую невозможно вести добычу руды чётко в соот-

ветствии с плоскостью контактной зоны. При визуальной неразличимости контакта руды и породы необходимо соблюдать следующие условия:

• вести детальную геологическую разведку с постоянным обновлением информации в пределах выделенной контактной зоны;

• при необходимости, рассматривать изменения и вносить поправки для обозначения контуров контактной зоны на рабочих планах развития горных работ;

• обязательна вывозка рудной массы на буферные, усредни-тельные и буферно-усреднительные склады, для детального автоматизированного контроля её качества, за исключением случая наличия на добычной технике устройства для экспресс-анализа содержаний полезных компонентов в горной массе непосредственно в забое.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования и разработки методики определения оптимальных потерь полезных ископаемых в контактных зонах рудных тел и пород, с учетом особенностей разработки сложноструктурных месторождений, динамики развития рабочей зоны карьера, обеспечивающей повышение эффективности и достоверности реализации проектных решений, проектных решений

Основные научные и практические выводы:

1. В результате анализа результатов исследований по теории проектирования горнотехнических систем, опыта проектирования и разработки карьеров-аналогов, доказана необходимость разработки и совершенствования методов определения оптимальных потерь полезных ископаемых с учетом современных горно-геологических, горнотехнических и экономических условий реализации проектов открытой разработки сложноструктурных рудных месторождений.

2. Обоснована необходимость, при проектировании открытой разработки сложноструктурных месторождений, использования не-усреднённых значений содержания полезных компонентов в руде и углов падения рудных тел на горизонтах отработки для определения

оптимальных значений потерь, засорения и разубоживания руды, путём проведения математико-статистических расчётов.

3. Предложен метод оценки сложности залегания рудных тел и определения способа отработки месторождения с использованием предложенной табличной формы. Использование предложенной формы таблицы при планировании отработки контактных зон позволяет проводить рациональное определение количества выемочных единиц в карьере.

4. Выявлены наиболее значимые при анализе горногеологических условий месторождения характеристики, на основе которых необходимо составлять рекомендации по использованию технологического оборудования, определению способов отработки контактных зон выемочных единиц и обоснованию методики определения потерь полезных ископаемых.

5. Представлены технологические схемы отработки контактных зон руда-порода в зависимости от формы рудного тела в плане и по глубине. Разработаны мероприятия, которые необходимо проводить перед поставкой руды на обогатительную фабрику при условиях визуальной различимости и визуальной неразличимости руды и породы в контактной зоне.

6. Понятие «выемочная единица» при проектировании открытой разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых должно учитывать не только технологию ведении горных работ, но и возможности обоснованного учёта потерь полезных ископаемых. Предложены рекомендации по формированию выемочных единиц с разделением их на две части: «основная зона» и «контактная зона», позволяющие обоснованно разграничить участки отработки месторождения и определить порядок формирования временных буферных складов предприятия.

7. Предложена методика для определения оптимальных количественных и качественных характеристик добываемой горной массы, позволяющая оценить рациональность отработки рудных месторождений.

8. Обосновано значение угла падения рудного тела, являющееся граничным при отнесении типа падения рудного тела к крутопадающему или наклонному с точки зрения технологии ведения до-

бычных работ и выбора методики определения оптимальных значений потерь, засорения и разубоживания руды.

9. Выявлена степень влияния основных параметров и показателей карьера на величину экономического ущерба от потерь полезного ископаемого, определённую по установленной зависимости, учитывающей геологические и горнотехнические факторы открытой разработки рудных месторождений: низкая (от 0 до 40 %) - капитальные затраты, коэффициент дисконтирования, налоги; средняя (от 41 до 90 %) - себестоимость добычных работ, угол откоса рабочего уступа; (свыше 90 %) - ценность руды, высота треугольника теряемой руды, угол падения рудного тела, длина контактной зоны в плане.

10. Обоснован показатель и критерий для определения оптимальных потерь, засорения и разубоживания руды при открытой разработке сложноструктурных месторождений, позволяющий повысить достоверность проектных решений.

Результаты исследований могут быть внедрены в проектных организациях и на карьерах, отрабатывающих сложноструктурные рудные месторождения.

Реализация разработанной методики определения оптимальных значений потерь полезных ископаемых, с учетом геологических особенностей сложноструктурных рудных месторождений проведена при проектировании карьера «Озёрный» по отработке полиметаллических руд. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования на карьере по разработке полиметаллического месторождения «Озерное» составляет 14,4 млн.руб. Основные положения диссертации опубликованы в следующих наиболее значимых работах:

- в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России:

1. Кава П.Б. Нормирование и планирование полноты и качества добычи руд / С.И. Фомин, П.Б. Кава // Горный информационно-аналитический бюллетень № 4, М., МГГУ, 2011, с.371-373.

2. Кава П.Б. Определение оптимальной величины готовьте к выемке запасов при открытой разработке сложноструктурных месторождений / П.Б. Кава, А.И. Пономарёв // Маркшейдерия и недропользование №2, М., 2011, с.5-6.

3. КаваП.Б. Оценка эффективности инвестирования открытой разработки сложноструктурных месторождений / С.И. Фомин, A.A. Фауль, П.Б. Кава // Горный информационно-аналитический бюллетень № 5, м., МГГУ, 2011, с.312-315.

4. Кава П.Б. Способ оптимальной отработки контактной зоны «руда-порода» / В.В. Квитка, С.И. Фомин, П.Б. Кава // Записки Горного института. Том 197, Санкт-Петербург, 2012, с.165-168.

- в остальных изданиях:

5. Кава П.Б. Способ снижения потерь и разубоживания руды при отработке сложноструктурных месторождений / С.И. Фомин, П.Б. Кава // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: Труды 10-ой международной научно-практической конференции: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Воркута, 2012, с.197-199.

6. КаваП.Б. Обоснование уровня потерь и засорения руды при добыче её открытым способом / Г.А. Холодняков, П.Б. Кава // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: Труды 7-ой международной научно-практической конференции: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Воркута, 2009, с. 198202.

7. КаваП.Б. Определение рациональных нормативов потерь и разубоживания на месторождении «Эльдорадо» / П.Б. Кава, М.А. Маринин // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: Труды 9-ой международной научно-практической конференции: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Воркута, 2011, с.60-63.

8. Кава П.Б. Потери полезных ископаемых и мероприятия по их сокращению / П.Б. Кава, Д.А. Иконников // «Опыт прошлого -взгляд в будущее» - международная научно-практическая конференция молодых ученых и студентов: Материалы конференции: ТулГУ, Тула, 2011,с.31-35.

РИЦ Горного университета. 11.04.2013.3.201 Т.ЮОэкз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кава, Павел Богданович, Санкт-Петербург

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учрежден^ высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горны

и>>

На правах\рукопйси

КАВА ПАВЕЛ БОГДАНОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫ? ИСКОПАЕМЫХ В КОНТАКТНЫХ ЗОНАХ РУДНЫХ ТЕЛ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования

горнотехнических систем

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук профессор С.И. Фомин

Санкт-Петербург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ..............................................................................................................................6

1.1. ЦЕЛЬ, ИДЕЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ.......................................................................6

1.2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ...................................................................................................................................12

1.3. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.........................................................39

2. АНАЛИЗ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ВЛИЯЮЩИХ НА НОРМИРОВАНИЕ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КАРЬЕРОВ............................................................................................................................................45

2.1. АНАЛИЗ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ПРОЕКТНЫХ ДАННЫХ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ СЛОЖНОСТЬ ЗАЛЕГАНИЯ И ПАРАМЕТРЫ РУДНЫХ ТЕЛ...........45

2.2. АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО БЛОКА КАРЬЕРА И ФОРМИРОВАНИЕ ВЫЕМОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ОПТИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПОТЕРЬ, ЗАСОРЕНИЯ И РАЗУБОЖИВАНИЯ РУДЫ............49

2.3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ КОНТАКТНЫХ ЗОН ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ...........................54

2.4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫЕМОЧНЫХ ЕДИНИЦ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ............................67

3. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ............................................................................................................................78

3.1. ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.......................................................................78

3.2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ................................................82

3.3. ВЫБОР МЕТОДИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ОСНОВЕ УГЛА ПАДЕНИЯ РУДНОГО ТЕЛА И ПРИМЕНЯЕМОГО ДОБЫЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ................................................................................................................................93

3.4. АНАЛИЗ ЭЛАСТИЧНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ......................................................102

4. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПОТЕРЬ РУДЫ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.......................108

4.1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ................................................................................108

4.2. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ В РУДЕ.................................................................................................................116

4.3. АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ РУДНЫХ ТЕЛ

МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ОЗЕРНОЕ»...................................................................................................126

4.4. БАЗА ДАННЫХ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИКИ НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ, ЗАСОРЕНИЯ И РАЗУБОЖИВАНИЯ РУДЫ..................................................................................145

4.5. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ, ЗАСОРЕНИЯ И РАЗУБОЖИВАНИЯ РУДЫ НА ПРИМЕРЕ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ОЗЁРНОЕ».........................................................................................................................................155

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................................................160

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................................163

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость рационального использования природных ресурсов становится всё более актуальной задачей для горной промышленности, из-за объективного ухудшения горнотехнических и горно-геологических условий разработки месторождений.

В сложившейся в нашей стране структуре процесса проектирования таких сложных горнотехнических систем, какими являются карьеры, происходят объективные изменения в теории и практике, вызванные особенностями современного поведения рынков минерального сырья. Необходимость всестороннего учета особенностей проектирования карьеров, отрабатывающих различные виды месторождений, динамичность рынков минерального сырья, стохастический характер исходной информации, требуют разработки и теоретического обоснования новых методов проектирования, позволяющих оперативно принимать обоснованные ответственные решения по параметрам и показателям системы разработки.

Применяемые методы проектирования не всегда пригодны для определения обоснованных главных параметров и показателей карьера из-за громоздкости расчетов и трудоемкости подготовки исходных материалов.

Решение задач проектирования карьера возможно с применением различных методов. Основным среди них является технико-экономический анализ, представляющий собой совокупность методик количественной и качественной оценки факторов, параметров и показателей, определяющих конечный результат - решение о целесообразности дальнейшего проектирования, финансирования, строительства и эксплуатации карьера.

Среди основных проектных показателей и параметров следует выделить цену полезного ископаемого или конечной продукции на рынках минерального сырья, себестоимость полезного ископаемого или концентрата, производительность карьеров, продолжительность отработки и срок окупаемости капитальных вложений, коэффициенты вскрыши или добычи, длину фронта работ, ширину

рабочих площадок, объемы готовых к выемке запасов, потери и разубоживание.

При проведении технико-экономического анализа применяются: метод вариантов, аналитический, графический и графоаналитический, метод математического моделирования, методы линейного и динамического программирования, метод аналогий, методы интерполяции и экстраполяции, вероятностно-статистические методы, имитационно-оптимизационные.

Большое значение для результатов оценки эффективности проектных решений имеет выбор объективного критерия оценки, отвечающего требованиям универсальности и полноты. Применяемые технологические критерии оценки недостаточно универсальны, так как не учитывают экономические аспекты. Критерий оценки следует выбирать с учетом его возможного влияния на вид математической модели исследуемого объекта.

В современных условиях необходимо при проектировании карьеров пользоваться динамическими методами, позволяющими учитывать фактор времени. Использование приближенных, ориентировочных методов и программного обеспечения, в условиях вероятностного характера исходных данных, сделает возможным проводить оперативное обоснованное принятие проектных решений.

При разработке сложноструктурных месторождений на горизонтах разработки выделяются эксплуатационные участки, характеризующиеся определенными горно-геологическими признаками.

Основные параметры и показатели открытой разработки сложноструктурных месторождений должны определяться с учетом мощности залежей полезных ископаемых, условий залегания, физико-механических свойств горных пород, распределения содержания полезных компонентов, обводненности месторождения.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

1.1. ЦЕЛЬ, ИДЕЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Актуальность темы: В современных условиях при проектировании карьеров оптимальные значения потерь и разубоживания определяются без учёта фактора времени, динамики горных работ, изменяющихся геологических особенностей месторождения в плане и по глубине. Оптимизация методик учёта потерь полезных ископаемых является неотделимой частью совершенствования методологии проектирования открытых горных работ.

Ухудшение горнотехнических условий разработки, необходимость всестороннего учета особенностей проектирования карьеров, отрабатывающих различные виды месторождений, динамичность рынков минерального сырья, стохастический характер исходной информации, вызывают необходимость разработки и теоретического обоснования новых методов проектирования, позволяющих принимать обоснованные, достоверные решения по параметрам и показателям карьеров.

Применяемые ведомственные методики проектирования для нормирования и учета потерь и разубоживания часто используют устаревшие технико-экономические показатели и критерии, не отвечающие реалиям времени, не пригодные для карьеров, отрабатывающих сложноструктурные месторождения, из-за громоздкости расчетов и трудоемкости подготовки исходных данных.

Решение задач проектирования карьера возможно с применением различных методов. Основным среди них является технико-экономический анализ, представляющий собой совокупность методик количественной и качественной оценки факторов, параметров и показателей, определяющих конечный результат -решение о целесообразности дальнейшего проектирования, финансирования, строительства и эксплуатации карьера.

Достоинством количественной оценки является не только достаточная точность и объективность, так как она осуществляется совокупным однозначным из-

мерителем, но и возможность использования проектировщиками разработанного программного обеспечения персональных ЭВМ.

Большое значение для результатов оценки эффективности проектных решений имеет выбор объективного критерия оценки, отвечающего требованиям универсальности и полноты. Применяемые критерии оценки недостаточно универсальны, так как не учитывают совокупность экономических и технологических аспектов. Критерий оценки следует выбирать с учетом его возможного влияния на вид математической модели исследуемого объекта.

Ошибки в учёте и нормировании потерь полезных ископаемых при проектировании карьеров приводят к экономическим ущербам и потере экономической целесообразности их отработки. Последствия неоптимальных проектных решений для карьеров, отрабатывающих более ценные полезные ископаемые, существеннее, чем для карьеров, отрабатывающих малоценные месторождения.

При разработке методик по учёту и нормированию потерь полезных ископаемых на основе современных экономических подходов должен применяться системный подход.

Использование методик проектирования, построенных на рациональной основе извлечения и использования природных ресурсов, позволит горнодобывающим предприятиям повысить экономическую эффективность отработки месторождений, снизить проектный риск.

Целью работы является обоснование и разработка методики определения оптимальных потерь полезных ископаемых в контактных зонах рудных тел и пород, с учетом особенностей разработки сложноструктурных месторождений, динамики развития рабочей зоны карьера, обеспечивающей повышение эффективности проектных решений.

Идея работы: Определение оптимальных потерь полезных ископаемых следует проводить с учётом горно-геологических и горнотехнических особенностей сложноструктурных месторождений, разработанных технологических схем отработки рудно-породных контактов, показателей извлечения полезных ископаемых

из недр, обеспечивающее повышение экономической эффективности и достоверности проектных решений.

Задачи исследования:

1. Анализ современных методов определения и нормирования потерь полезных ископаемых при проектировании открытой разработки рудных месторождений.

2. Разработка и обоснование методики определения оптимальных потерь полезных ископаемых с учетом горно-геологических и горнотехнических особенностей сложноструктурных рудных месторождений.

3. Обоснование выемочных единиц при разработке сложноструктурных полиметаллических месторождений.

4. Разработка технологических схем отработки контактов рудных тел и пород для карьеров, отрабатывающих рудные месторождения со сложной структурой оруденения.

5. Обоснование показателя и критерия для определения оптимальных потерь при открытой разработке сложноструктурных месторождений.

Научная новизна:

• Определена степень влияния параметров и показателей карьеров на величину ущерба от потерь руды.

Основные защищаемые положения:

на основе коэффициента эластичности выявить степень влияния основных параметров и показателей карьера на окончательный результат: низкая (от 0 до 40 %) -капитальные затраты, коэффициент дисконтирования, налоги; средняя (от 41 до 90 %) - себестоимость добычных работ, угол откоса рабочего уступа; высокая (свыше 90 %) - ценность руды, высота треугольника теряемой руды, угол падения рудного тела, длина контактной зоны в плане.

Методы исследований: Общей теоретической и методологической основой работы является комплексный подход, включающий анализ и обобщение фундаментальных исследований авторов в области проектирования карьеров. В качестве основных методов исследований использовались геоинформатика и моделирование на персональных компьютерах; системный анализ при исследовании потерь и засорения рудных карьеров; методы математической статистики, теории вероятностей, динамическое программирование; классические экономические и финансовые теории и методы рыночной модели хозяйствования, использование показателя комплексности отработки месторождений при определении потерь полезных ископаемых, компьютерное моделирование для подсчёта запасов.

Практическая значимость работы:

Разработана методика определения оптимальных потерь, засорения и разу-боживания при проектировании открытой разработки сложноструктурных рудных месторождений, с учетом горнотехнических особенностей и динамики формирования рабочей зоны карьера.

Предполагаемое внедрение: При проектировании и планировании горных работ на карьерах, отраб

Информация о работе

Кава, Павел Богданович
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2013
ВАК 25.00.21

Диссертация

Обоснование оптимальных потерь полезных ископаемых в контактных зонах рудных тел при проектировании открытой разработки сложноструктурных месторождений - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы