Обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов

Павлова, Елена Витальевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов"

На правах рукописи

005052286

ПАВЛОВА ЕЛЕНА ВИТАЛЬЕВНА

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРОВ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ

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

18 АПР 2013

Магнитогорск 2013

005052286

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

доктор технических наук, профессор Гавришев Сергей Евгеньевич

Соколовский Александр Валентинович

доктор технических наук, заместитель генерального директора ООО «НИИОГР», г. Челябинск

Романько Елена Александровна

кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геологии ФГБОУ ВПО «МГТУ», г. Магнитогорск

Ведущая организация: Институт горного дела УрО РАН

(ИГД УрО РАН), г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится «26» апреля 2013 г. в 11ш на заседании диссертационного совета Д.212.111.02 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, Челябинская область, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал

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

Автореферат разослан «25» марта 2013 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета

Корнилов Сергей Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В середине прошлого века производилось интенсивное освоение природных ресурсов Центральной части России и Урала. В эксплуатацию были введены крупные по запасам месторождения, отрабатываемые открытым способом. В процессе добычи и переработки полезных ископаемых были сформированы горнотехнические сооружения: карьеры, отвалы вскрышных пород и отходов перерабатывающих предприятий, размещаемые, в основном, на дневной поверхности.

Рост производства промышленности привел к накоплению на территории страны более 100 млрд т промышленных отходов и продолжается постоянный рост их количества. При этом используется и обезвреживается около 35% общего объема образующихся за год отходов. Необходимость рекультивации земель, нарушенных горными работами, и отсутствие территорий для сооружения полигонов для захоронения отходов приводит к использованию карьерных выработок для размещения в них отходов промышленных предприятий горнодобывающей отрасли. Размещение промышленных отходов различных отраслей промышленности в емкости карьера позволяет расширить область освоения недр Земли, а также получить дополнительную прибыль от реализации таких проектов.

Существующая научно-методическая база проектирования и формирования горнотехнических сооружений не учитывает целенаправленного использование выработанного пространства для размещения промышленных отходов, что сдерживает повышение эффективности комплексного освоения недр.

Обоснование параметров карьеров, формируемых для размещения промышленных отходов, обеспечит повышение эффективности освоения участка недр Земли и полноту отработки запасов за счет вовлечения в разработку новых месторождений со сложными горнотехническими условиями, освоения дополнительных запасов в приконтурной зоне.

Поэтому обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов на этапах проектирования и формирования горнотехнических сооружений является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы. Разработка методики определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов, позволяющей обеспечить повышение полноты и эффективности освоения участка недр.

Идея работы. Повышение полноты и эффективности освоения участка недр обеспечивается обоснованием параметров карьеров на основе установленных зависимостей граничного коэффициента вскрыши от ценности природных и техногенных георесурсов, за счет увеличения полноты выемки запасов полезных ископаемых и повышения приемной емкости выработанных пространств.

Объект исследования: технология открытых работ, выработанное пространство карьеров.

Предмет исследования: методы определения параметров карьеров.

Задачи исследования:

- анализ существующего опыта восстановления нарушенных территорий, использования выработанного пространства карьеров, направлений комплексного освоения участков недр и методов определения граничных контуров карьеров;

- исследование факторов, влияющих на формирование пространства карьера в качестве техногенного георесурса при размещении в нем промышленных отходов;

2 Ц

- разработка способов повышения приемной способности выработанного пространства карьеров;

- классификация карьеров по способам размещения в них промышленных отходов различного класса опасности;

- разработка методики определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов;

- экономическое обоснование целесообразности изменения параметров карьеров Южного Урала при размещении в них промышленных отходов.

Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и практики размещения промышленных отходов в выработанном пространстве карьеров; экономико-математическое и компьютерное моделирование формирования выработанного пространства карьеров и карт при размещении в них промышленных отходов.

Научные положения, представленные к защите:

1. Определение параметров карьеров, используемых для размещения промышленных отходов, с учетом ценности их выработанного пространства, обеспечит повышение полноты отработки запасов, расширение области эффективного применения открытых горных работ. Наибольшую ценность карьера представляет его необводненная часть.

2. Дифференцирование карьерных выработок по глубине и гидрогеологическим условиям позволяет определять способ размещения в пространстве карьера промышленных отходов соответствующего кларса опасности и конструкцию карт, что обеспечит соблюдение экологических требований при повышении полноты и эффективности освоения участка недр.

3. Увеличение полноты освоения запасов полезных ископаемых и приемной емкости в условиях ограниченной площади горизонтов достигается повышением коэффициента вместимости на этапах проектирования и функционирования карьеров, за счет изменения граничных параметров карьерных выработок, отдельных уступов и карт.

Научную новизну работы составляют:

1. Коэффициент вместимости выработанного пространства карьеров, характеризующий полноту использования приемной емкости при размещении промышленных отходов различного класса опасности с учетом типа залежи и гидрогеологических условий осваиваемого участка недр.

2. Классификация карьеров в зависимости от их линейных размеров и доли необводненной части, позволяющая определить способ размещения промышленных отходов различного класса с учетом экологических требований и экономической эффективности освоения участка недр.

3. Зависимость граничного коэффициента вскрыши от ценности карьера при размещении в нем промышленных отходов, установленная с учетом коэффициента вместимости выработанного пространства и позволяющая определить эффективные границы открытых горных работ при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов.

4. Методика определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов, отличающаяся от существующих учетом ценности обводненной и необводненной части карьера при использовании его в качестве полигона для размещения промышленных отходов.

Достоверность положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных для анализа и моде-

лирования; корректностью постановки задач исследований; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами использования рекомендаций в промышленных условиях.

Практическая значимость работы заключается в увеличении совокупного дохода от освоения месторождений полезных ископаемых за счет реализации не только полезных ископаемых, но и техногенного георесурса, формируемого в процессе ведения открытых горных работ; возможности принятия обоснованных решений по изменению параметров карьеров на стадии их проектирования и функционирования, обеспечивающих повышение полноты освоения запасов.

Реализация результатов работы. Результаты исследований, выводы и рекомендации были использованы при разработке проектов строительства и реконструкции карьеров Оренбургской области; при выполнении исследований в рамках реализации государственного задания за 2012 г. при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (регистрационный номер 5.4376.2011); при выполнении программы Стратегического развития МГТУ. Материалы работы внедрены в учебные курсы дисциплин «Проектирование карьеров», «Технология и комплексная механизация открытых горных работ».

Апробация работы Результаты, основные положения и рекомендации диссертации докладывались и обсу>цдались на V международной научно-технической конференции «Комбинированная геотехнология: Комплексное освоение и сохранение недр земли» (г. Екатеринбург, 2009); на IV всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, 2010, 2013); на 68 и 69 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета (г.Магнитогорск, 2010, 2011); на XX Международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2012» (г. Москва).

Личный вклад автора состоит в разработке методики и проведении моделирования формирования выработанного пространства карьеров, используемого в качестве техногенного ресурса; обосновании аналитического способа определения вместимости выработанного пространства карьеров и параметров карт для размещаемых отходов; разработке классификации карьеров по способу размещения в них промышленных отходов.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах. Из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 114 наименований и содержит 131 страницу машинописного текста, 38 рисунков, 16 таблиц.

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры ОРМПИ института горного дела и транспорта МГТУ им. Г.И. Носова за консультации, ценные замечания и рекомендации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ существующего опыта восстановления нарушенных территорий, использования выработанного пространства карьеров, направлений комплексного освоения участков недр и методов определения граничных контуров карьеров.

При добыче полезных ископаемых происходит техногенное преобразование естественного рельефа местности. Например, добыча каждого миллиона тонн

угля приводит к нарушению 25-30 га поверхности, в отвалах ежегодно накапливаются десятки миллиардов кубических метров вскрышных пород, относящихся к отходам горной промышленности. Число горнодобывающих предприятий постоянно увеличивается.

Актуальным вопросом для промышленных регионов Российской Федерации является отсутствие или высокая стоимость земель под размещение промышленных отходов (ПО) различных классов опасности, объемы которых ежегодно увеличиваются (рисунок 1).

1500

□ Добыча топливно-энергетических полезных ископаемых

а Добыча полезных ископаемых, кроме топливно-энергетических

В Металлургическое производство

Рисунок 1.Образование отходов производства в различных отраслях промышленности

2007 2008 2009 2010 2011

Использование выработанного пространства карьеров (ВКП) для размещения ПО различных отраслей промышленности позволит решить проблему изъятия земель, в том числе сельскохозяйственного назначения, необходимых под строительство специализированных полигонов.

Примером эффективного использования выработанного пространства карьеров является угольная промышленность, в которой практически повсеместно осуществляется размещение значительных объемов вскрышных пород в карьерные выемки. Такой способ применен на карьерах концерна «Куз-бассразрезуголь», месторождениях Кузнецкого бассейна, при доработке Кор-кинского буроугольного месторождения и ряда других.

Для рудных месторождений распространение получила засыпка внутреннего пространства располагающихся вблизи отработанных карьеров. Такой способ использования выработанного пространства применен на карьере «Старый Сибай» Башкирского медно-серного комбината, Юго-восточном участке карьера «Объединенный» на Учалинском ГОКе, карьерах объединений «Южуралникель», «Севбокситруда», Донского ГОКа, а также «Гологорском» карьере комбината «Магнезит», для размещения вскрышных пород «Карагай-ского» карьера и др.

Использование отработанных карьеров для внутреннего отвалообразова-ния является примером комплексного подхода к освоению участков недр Земли, однако полностью не раскрывает его потенциал, поскольку применяется для решения проблемы сокращения затрат на транспортирование вскрышных пород и ограниченности территорий на поверхности Земли для размещения отходов добычи полезных ископаемых.

Исследованиям в области развития комплексного освоения месторождений полезных ископаемых посвящены научные труды ведущих ученых: академиков АН СССР и РАН М.И. Агошкова, Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, профессоров А.И. Арсентьева, С.Е.Гавришева, В.А. Галкина, С.А. Голяка, A.M. Демина, О.В. Зотеева, В.В. Истомина, В.Н. Калмыкова, Г.Г. Саканцева, Г.В. Секисова, П.И. Томакова, М.В. Рыльниковой, В.А. Холод-някова, B.C. Хохрякова, В.Б. Чижевского и других. Дальнейшие исследования позволят определить направления использования горнотехнических сооруже-

ний как техногенного георесурса и обеспечат развитие подхода к комплексному освоению участков недр Земли, заключающегося в сочетании основной задачи горнодобывающего производства - добычи полезных ископаемых, при одновременном формировании и использовании горнотехнических сооружений в качестве техногенного георесурса (рисунок 2).

-создание

отвалов из глинистых и вскрышных пород в период строительства и эксплуатации карьера;

---*"— материал

для сооружения карт в выработанном пространстве карьера;

предприятие, предоставляющее отходы для размещения в выработанном пространстве Рисунок 2. Схема формирования и использования отвала и выработанного пространства карьера в качестве емкостей для размещения отходов различных производств: 1 - склад почвенного грунта; 2 - карта для размещения отходов; 2' - карта, заполненная отходами; 3 - отвал инертных пород (глины);

4 - отвал вскрыши; 5 - промышленный объект, источник отходов

В настоящее время при обосновании границ открытых горных работ используются методы, базирующиеся на использовании критериев эффективности освоения полезных ископаемых, основным из которых является граничный коэффициент вскрыши, при этом не учитывается экономическая эффективность от реализации приемной емкости карьера при размещении ПО.

Анализ глубины существующих карьеров показал, что при добыче железной руды в Российской Федерации около 70% карьеров имеют глубину до 200 м. Средневзвешенная глубина железорудных карьеров крупнейших ГОКов в 2008 г. составила 279,4 м. Глубина карьеров, добывающих флюсовое сырье, составляет, в среднем, 64 м (рассмотрено 13 месторождений). Выявлено, что большинство карьеров находятся на стадии доработки и территориально расположены в районах сосредоточения тяжелой промышленности, это обуславливает необходимость обоснования решений по использованию выработанного пространства карьера для размещения ПО различного класса опасности (КО).

Формирование и использование выработанного пространства карьеров для размещения ПО сдерживается недостаточной проработанностью научно-методической базы проектирования таких горнотехнических объектов. Методика определения параметров карьеров при освоении природных и техногенных георесурсов должна учитывать класс размещаемых отходов, специфические гидрогеологические условия отрабатываемого месторождения, долю обводненной и необводненной части карьера, его форму в плане в зависимости от параметров карт для размещения отходов. Решение этих задач позволит повысить полноту освоения запасов месторождения и экономическую эффективность горнодобывающего предприятия.

Во второй главе проведено исследование факторов, влияющих на формирование пространства карьера в качестве техногенного георесурса при размещении в нем промышленных отходов; предложен и обоснован коэффи-

циент вместимости выработанного пространства карьеров; разработаны способы повышения приемной способности выработанного пространства.

Проведенные исследования показали, что на использование ВКП в качестве емкости для размещения ПО оказывают влияние следующие факторы: глубина карьера; форма карьера в плане; геологические и гидрогеологические условия месторождения; фильтрационные свойства грунтов; удаленность источника образования отходов; класс опасности размещаемых ПО.

Промышленные отходы II и III классов опасности необходимо размещать в специально сооруженных емкостях (картах), для строительства которых в качестве инертного материала, могут быть использованы вскрышные породы или отходы IV-V классов опасности. В соответствии с Пособием по проектированию полигонов по обезвреживанию и захоронению токсичных ПО (СНиП 2.01.28-85), карты в плане следует выполнять вытянутой формы при соотношении сторон от 1:1,5 до 1:4, для сокращения открытой поверхности отходов при захоронении. С целью учета данного требования был разработан аналитический метод определения оптимальных параметров карт и их количества на ограниченной площади горизонта карьера, для чего контуры карьеров в плане условно разделены на две группы: прямоугольной, и близкие к округлой формы.

Для учета объема промышленных отходов различных КО, в диссертационной работе предложен коэффициент вместимости (Кв), величина которого указывает на степень заполнения промышленными отходами ВКП (рисунок 3). Кв выражается в долях единицы и определяется отношением приемной емкости карт, которые сооружаются в выработанном пространстве, или количества размещаемых ПО ко всему объему выработанного пространства, в котором они размещаются.

it V,no jynо

VB.K.n VB.K.n

где Vk.ro, Vno, - объем j-й карты для размещения /'-го ПО или ПО, подлежащих размещению, м3; Vg Kn, VgK n - соответственно объем необводненной и обводненной части выработанного пространства карьера, м3; / - вид размещаемого отхода; / -количество классов опасности размещаемых отходов (II-V); j - карта для размещения / -го отхода; J - количество карт, создаваемых в выработанном пространстве.

Рисунок 3. Схема размещения ПО в выработанном пространстве: 1 - карты, заполненные ПО; 2 - сооруженная карта, без ПО; 3 - выработанное пространство карьера; 4 - перемычка из скальных пород; 5 - экран из глины

При определении ценности техногенного георесурса, предлагается учитывать коэффициент вместимости ВКП следующим образом:

I J

и,,, = MJ-Z < + VB°K,n ■ Сл1отх ■ Г}, -3, -32. (2)

1=1 ^ Ы М

где Кд - доля нормативной платы при размещении ПО на специализированных полигонах и площадках; р - плотность отходов, т/м3; С„ отх - ставка платы за размещение 1 т/-го отхода в пределах установленных лимитов, руб.; /7(- коэффициент дисконтирования; шаг моделирования, год 0=1, 2, ,.,Т); Г-период формирования емкости, лет; Зг- затраты на размещение отходов, руб.; Зг- затраты на формирование выработанного карьерного пространства и вспомогательные мероприятия, обеспечивающие размещение отходов, руб.

Для определения коэффициента вместимости необводненной части карьеров округлой и прямоугольной форм в плане, было проведено математическое моделирование размещения промышленных отходов в картах с высотой 10 м на горизонте площадью от 1 до 15 га. При моделировании исследовано влияние на коэффициент вместимости площади горизонта карьера, количества и параметров карт и их приемной емкости.

В работе определен минимальный коэффициент вместимости выработанного пространства карьера при различной высоте карты для прямоугольной и округлой формы карьера (рисунок 4).

. 0,30

5 0,25

1:1 1:1,5 1:4 Соотношение сторон карты

- Карьер прямоугольной формы

- Карьер округлой формы

Рисунок 4. Зависимость коэффициента вместимости выработанного пространства карьера от приемной емкости карт

Зависимость коэффициента вместимости от объема размещаемых ПО имеет степенную зависимость и может быть описана уравнениями:

- для карьеров прямоугольной формы Кд = 0,158 • У0,19, (3)

- для карьеров округлой формы Кд = 0,0631- У0,33, (4)

где V - объем ПО, подлежащих размещению в выработанном пространстве карьера, тыс. м .

Установлено, что минимальный коэффициент вместимости зависит от размера карты. При фиксированном размере карт, площадь горизонта, на котором будут они размещены, практически не влияет на коэффициент вместимости (рисунок 5).

Рисунок 5. Зависимость коэффициента вместимости от площади горизонта карьера при разном соотношении сторон карты (для прямоугольной и округлой формы

........ _ карьера в плане)

Площадь карьера, тыс. м1

Зависимость коэффициента вместимости от площади карьера имеет степенную зависимость и может быть описана уравнениями:

- для карьеров прямоугольной формы Кд = 0,226 • З^0,03, (5)

- для карьеров округлой формы Кд = 0,0981 • в^0,11. (6) где Э - площадь горизонта ВКП для размещения карт, тыс. м2.

♦ Соотношение сторон карты 1:1

■ Соотношение сторон карты 1:1,5

* Соотношение сторон карты 1:4

-кривая зависимости

Кв карьера прямоугольной формы в плане

— - кривая зависимости Кв карьера круглой формы в плане

На площади горизонта, ограниченного предельными контурами карьера, повышение вместимости карт ведет к уменьшению их количества и увеличе-

Рисунок 6. Зависимость коэффициента вместимости и количества карт, сооружаемых на ограниченной площади выработанного пространства карьера, от объема размещаемых отходов

По результатам исследования факторов, влияющих на размещение ПО в выработанном пространстве карьера, разработаны способы сооружения карт, предусматривающие размещение ПО на всю высоту уступа, или нескольких уступов (рисунок 7, а, б), либо расположение карт одна над другой, при высоте карты менее высоты уступа (рисунок 7, в).

нию коэффициента вместимости (рисунок 6).

-♦-Зависимость 20 § Кв от Votx

15 го -*- Зависимость о VoTxoTNKapr

200 300 400 500 600 700 800 Объем отходов, тыс. м3

0,60 г 0,50

I 0,40 5 0,30 0,20 0,10

Рисунок 7. Способы размещения карт в выработанном пространстве карьера: а - высота карт соответствует высоте уступа; б - высота карт соответствует высоте необводненной части карьера; в - высота карт менее высоты уступа

На рисунке 8 представлена зависимость коэффициента вместимости от высоты карты: при сооружении нескольких карт поэтажно (Ьк=1, 2, 3, 4 м), с высотой менее высоты уступа без поэтажного размещения (Ьк=5, 6, 7,8, 9 м).

f А . ....... А

А, ♦ , А А ♦ ♦

А Прямоугольная 4юрма карьера

► Круглая форма карьера

3 4 5 6 Высота карты, м

Рисунок 8. Зависимость коэффициента вместимости карьера от высоты карты на ограниченной площади В условиях сооружения карт на ограниченной площади необходимо определить ее оптимальную высоту, при которой вместимость емкости будет максимальной, а количество вскрышных пород и изолирующего материала для строительства - минимальным.

Увеличение емкости карты до максимальной позволит увеличить коэффициент вместимости необводненной части карьера прямоугольной формы до 0,7, круглой - до 0,5.

Размещение промышленных отходов V и IV классов опасности возможно в обводненной части карьера только с применением мероприятий по предотвращению их взаимодействия с фунтовыми водами: экранирование дна и бортов карьера, тампонаж зон фильтрации, сооружение противофильтрационных экранов. На проницаемых фунтах необходимо предусматривать изоляцию дна и откосов уплотненным слоем глины толщиной не менее 0,5 м (СНиП 2.01.28-85). Данное требование было учтено при моделировании размещения промышленных отходов в выработанном просфанстве карьера. В результате моделирования установлено, что не зависимо от параметров карьера и мощности слоя изоляции, объем изолирующего материала, в среднем, не превышает 5% от общего объема карьера. Поэтому при размещении промышленных отходов валовым способом в ВПК в обводненной части, при создании противофильтрационного экрана коэффициент вместимости необходимо принимать равным 0,9.

Мероприятия по приданию необводненной части карьера прямоугольной формы для повышения коэффициента вместимости выработанного просфанства могут быть предусмотрены как на этапе проектирования, так и в процессе отработки месторождения. В первом случае вскрытие и отработка участков карьера по изменению формы карьера предусматривается использование общей схемы вскрытия карьера. Во втором случае участки вскрываются временными съездами и отрабатываются поуступно.

Размещение промышленных отходов в карьерах, имеющих обводненную часть, предусматривает поэтапное заполнение. Для действующего карьера, на первом этапе, необходимо выбрать участок с полностью отработанными запасами и начать отсыпку валовым или селективным способом отходов IV или V класса опасности. Предельная отметка сформированной площадки после усадки должна быль не мене чем на 2 м выше максимального уровня грунтовых вод. Параметры рабочих площадок при отсыпке отходов определятся аналогично внутреннему отвалообразованию. Работы по размещению отходов могут выполняться карьерным оборудованием, высвобождаемым при снижении производительности по горной массе на. этапе доработки карьера. Второй этап, который предусматривает создание емкостей в необводненной части карьера на сформированной площадке, может быть начат после полной усадки размещенных отходов в обводненной части.

При формировании карт для размещения промышленных отходов II и III классов опасности необходимо руководствоваться действующими строительными нормами и правилами, которыми определена следующая последовательность сооружения и заполнения данных емкостей:

1. На горизонте, предназначенном для строительства карты, создается первоначальный фронт по отсыпке пород вскрыши или промышленных отходов IV -V класса опасности, производится планировка основания карты. Ширина участка работ должна обеспечить удобство и безопасность работ.

2. Производятся работы по формированию боковых частей карт. Отсыпка пород вскрыши или промышленных отходов производится послойно с разравниванием и уплотнением каждого слоя. Работы по формированию боковых частей карт производятся до образования замкнутого контура карты.

3. Сооружаются наклонные съезды на карту с горизонта ведения работ (рисунок 9).

4. Отсыпку отходов II и III классов опасности производится на полную высоту слоя.

5. При заполнении емкости карты на мощность первоначально уплотненного слоя, производится «наращивание» высоты карты на ту же величину.

6. По достижении высоты карты, предусмотренной проектом, необходимо про-

извести изоляцию поверхности промышленных отходов слоем глины.

Работы по сооружению карт осуществляются оборудованием, задействованным на горных работах, либо с привлечением сторонней техники; при отсыпке промышленных отходов - оборудованием, осуществляющим их транспортирование от источника образования, При перевозке ПО железнодорожным транспортом, производится перегрузка в автомобильный транспорт.

Рисунок 9. Формирование карты для размещения ПО:

1 - откос уступа борта

карьера;

2 - откос борта карты; 3 - емкость карты;

4 - наклонный съезд

В работе предложены способы повышения приемной способности выработанного пространства карьеров:

1. Разнос бортов карьеров с целью повышения полноты отработки запасов месторождения.

2. Увеличение контуров необводненной части карьера.

3. Сооружение карт в отработанной части карьера (при разработке горизонтальных и пологопадающих месторождений).

4. Подбором и определением рациональных параметров и количества карт.

5. Совместное применение вышеперечисленных способов с технологическими схемами размещения ПО, заключающимися в сооружении карты с большей емкостью, селективном размещении в ней промышленных отходов и сооружении перемычек между отходами, обладающими различными свойствами.

6. Формирование карьеров с максимально крутым углом откоса, обеспечивающим минимальный временный коэффициент запаса устойчивости, с целью отработки запасов нижних горизонтов и последующей засыпки выработанного пространства промышленными отходами.

Эффективность формирования и использования выработанного пространства карьера, как техногенного георесурса, определятся способом размещения промышленных отходов, их классом опасности и горногеологическими особенностями месторождения. Это обуславливает необходимость разработки методики обоснования параметров карьеров, с учетом их ценности при размещении в них промышленных отходов, и классификации этих карьерных выемок.

В третьей главе предложена классификация карьеров по способам размещения в них промышленных отходов различного класса опасности; разработана методика определения параметров карьеров, учитывающая ценность выработанного карьерного пространства при размещении в нем промышленных отходов.

Уникальность горно- и гидрогеологических условий месторождений обуславливает факторы, влияющие на размещение промышленных отходов различного класса опасности в выработанном пространстве карьеров. Для учета данных факторов разработана классификация карьерных выемок по способам размещения в них промышленных отходов (таблица 1).

IЧ Ч Ч Ч Ч Ч Ч' IЧ' IЧ Ч' 111Ч Ч11' I' IЧ Ч Ч' [ Ч Ч' 111' IЧ Ч Ч Ч' I' I' IЧ Ч>1г

ЛЧ'1.........................1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф1Ф|1|1|Ф|1|!1У(Ф

И 1

Т III I I I I I I I I I IИ II

Таблица 1 - Классификация карьерных выемок по способу использования выработанного пространства карьеров для размещения промышленных отходов__

Тип Глубина карьера Гидрогеол кф пород, Класс опасности отходов

за- огические составляющих массив II | III | IV |V

лежи условия борта карьера Способ размещения промышленных отходов в выработанном пространстве

0) л X X о 5 X а. о —~ го о Необводне нные карьеры Уровень грунтовых вод (УГВ) ниже дна карьера Размещение в картах. Технологическая схема (ТС), обеспечивающая изоляцию ПО ТС, обеспечивающая валовое или селективное складирование с послойным уплотнением

со X S <0 S 1— о Si Ю о см s ш § g «о S М Обводненные карьеры Необводненная часть (выше УГВ) Размещение в картах. Нерастворимые в воде ПО. Экранирование дна и бортов карьера. ТС, обеспечивающая изоляцию ПО. Устройство дренажа воды ТС, обеспечивающая валовое или селективное складирование с послойным уплотнением. Экранирование дна и бортов обводненной части карьера на величину максималь-

о с а> X УГВ выше дна карьера Кф >2-10"2 м/сут Запрещено Запрещено ного подъема воды в период паводков. Устройство дренажа воды

Необводненная часть Размещение в картах. Нерастворимые в воде ПО. ТС, обеспечивающая изоляцию карт. Применение межслоевых и противо-фильтрационных экранов. Устройство дренажа воды. Тампонаж законтурного массива, зон фильтрации ТС, обеспечивающая валовое или селективное складирование с послойным уплотнением. Экранирование дна и бортов обводненной части карьера на величину максимального подъема воды в период паводков. Устройство дренажа воды

(D S 3 г га л CL-T 2 = а. о то ю * см ш а) S Л) * с Обводнен- Кф =10^-10"1 м/сут по зонам дробления и карсту Кф £10 Запрещено Запрещено

Ч га с о ные карьеры Кф =10^-10"* м/сут по зонам дробления Запрещено Запрещено

ТС, обеспечивающая валовое или селектив-

£ Кф <10~5 м/сут Запрещено Запрещено ное складирование с послойным уплотнением. Экранирование дна и бортов обводненной части карьера на величину максимального подъема воды в период паводков. Устройство дренажа воды. Тампонаж зон фильтрации. Межслоевые и противофильт-рационные экраны

Использование выработанного пространства карьеров для размещения отходов экономически целесообразно для месторождений, расположенных в промышленно развитых регионах.

При определении способа размещения ПО в ВКП предусматриваются мероприятия, обеспечивающие строительство и эксплуатацию приемных емкостей в карьере. В качестве материала для строительства карт предусмотрено использовать:

- вскрышные породы разрабатываемого месторождения;

- вскрышные породы других месторождений;

- отходы строительной промышленности, имеющие невысокий класс опасности, вторичное использование которых невозможно.

В основу определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов положена идея B.C. Хохрякова, заключающаяся в учете прибыли от добычи попутных полезных ископаемых, дополненной учетом ценности обводненной и необводненной частей карьера при размещении в нем промышленных отходов. В связи с этим, формула расчета граничного коэффициента вскрыши (рисунок 10) после преобразования будет следующей:

С" ~ Со + kn4n + св.кл + св.к.п

С' (')

где Сл - плановая или максимально допустимая себестоимость добычи полезного ископаемого в районе его потребления, или себестоимость добычи полезного ископаемого подземным способом, руб./м3, руб./т; Со - себестоимость добычи полезного ископаемого открытым способом без учета затрат на вскрышные работы, руб./м3; Св - себестоимость вскрышных работ, руб./м3; кп

- отношение объемов попутно добываемого и основного полезных ископаемых; цп - оптовая цена 1 м3 попутно добываемого полезного ископаемого, руб; С"КП, С°к п - удельная ценность емкости карьерного пространства при

размещении промышленных отходов соответственно в необводненной и обводненной частях карьера, руб./м3.

В работе предлагается аналитическое выражение определения предельной глубины карьера (рисунок 10), зависящей от ценности обводненного и не-обводненного выработанного пространства карьера

Контур карьера

без учета ценности ВПК ^Контур карьера \ с учетом ценности Ы1IK

Рис. 10. Схема к определению глубины карьера: а - пологая, наклонная залежь; б - крутопадающая залежь, Н'-глубина открытых горных работ, определяемая по традиционным методикам, м; Н"- глубина открытых горных работ, определяемая с учетом ценности техногенного георесурса; М-мощность залежи, м; а - угол падения залежи, град; /Зл, ре - лежачий и висячий углы откосов бортов карьера, град; hen- мощность горизонтального слоя, для которого производился расчет коэффициента вскрыши, м

для пологих и наклонных залежей

/ \ ( \

Н" = ~ С0 + СдКП + СВКП 1 II К

Св ч ЪР) 1 т)

(9)

для месторождений с крутым залеганием залежи

_ 2 • М • (Сп - С0 + Снвкл + С°кл) _ 2 -М-кер {адрп + с1дре) ■ Св с1дрп + с/дД

В работе установлена зависимость граничного коэффициента вскрыши от ценности выработанного пространства карьера, учитывающей коэффициент вместимости ВКП (рисунок 11). Использование данной зависимости позволяет определить предельные параметры карьеров при разработке месторождений, представленных крутопадающими, пологими и наклонными залежами. 5,8

Рисунок 11. Зависимость граничного коэффициента вскрыши от ценности выработанного пространства карьера

а - крутопадающая залежь; б - пологая и наклонная залежь

20 30 40 5 Ценность ВКП, руб./м3

180 200 220 240 260 280 300 320 340 Ценность ВКП, руб/м3

Целесообразность изменения параметров карьеров обуславливается величиной дополнительной прибыли от размещения ПО в ВКП с учетом затрат на их размещение, и может быть определена

1^-сл,от,>Е(з1+з2), (10)

где Уолш- объем промышленных отходов /-го КО, подлежащих размещению в выработанном пространстве карьера, т.

Выбор способа размещения промышленных отходов в выработанном пространстве карьеров необходимо производить в соответствии с разработанным автором алгоритмом (рисунок 12). Алгоритм позволит обосновать граничные параметры карьерных выработок с учетом экологических требований, гидрогеологическими условиями участка недр, классом опасности размещаемых отходов и удаленностью источника их образования от карьеров.

| Проектирование карьера)

Анализ данных:

1. Горно-геологиеские и гидрогеологические условия месторождения

2. Удаленность источника отходов

3. Объем образующихся отходов

4. Агрегатное состояние

5. Объем вскрышных пород

6. Технико-экономические показатели и т.д.

| Эксплуатация карьера")

Анализ данных:

1. Гидрогеологические условия месторождения

2. Глубина карьера

3. Форма карьера в плане

4. Удаленность источника отходов

5. Объем образующихся отходов

6. Агрегатное состояние

7. Объем вскрышных пород

8. Технико-экономические показатели и т.д.

Рисунок 12. Алгоритм определения параметров карьеров при использовании его выработанного пространства для размещения промышленных отходов

Таким образом, обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов, целенаправленно формируемых в качестве приемных емкостей для размещения промышленных отходов, необходимо осуществлять на основе ценности обводненной и необводненной части его выработанного пространства, что обеспечит повышение полноты освоения запасов месторождения и расширение области комплексного освоения недр Земли.

В четвертой главе экономически обоснована эффективность использования емкости карьеров Южного Урала для размещения промышленных отходов, целесообразность изменения параметров карьера Киембаевского месторождения.

С целью определения целесообразности использования карьерных выработок в качестве емкости для размещения ПО, рассмотрены 14 карьеров, расположенных в Оренбургской и Челябинской областях, а также в республике Башкортостан, в соответствии с разработанным экономико-математическим методом был произведен расчет ценности ВКП.

Рассмотренные карьеры характеризуются следующими параметрами и условиями: глубина - от 6 до 100 м, объем емкости - от 0,5 до 135 млн. м3, расстояние от источника образования отходов - от 2 до 30 км, доля обводненной части карьеров - от 0 до 95%.

Экономико-математическое моделирование выявило, что при условии определенного сочетания промышленных отходов различного класса опасности, целесообразными для их размещения являются 9 карьеров. При этом 6 карьеров имеют положительную ценность независимо от класса опасности размещаемых отходов, а эффективность 3 карьеров зависит от классов опасности отходов. На рисунке 13 представлены значения удельной ценности емкостей необводненных карьеров, используемые для размещения промышленных отходов различного класса опасности.

У+М1

в Южно-Кондуровское

в Сарайбашское

■ Северо-Западный карьер Аккермановского месторождения сз Центральный участок Игизского месторождения

У+М 1У+И| 1У+И

Класс опасности размещаемых ПО

Рисунок 13. Удельная ценность необводненных карьеров при размещении ПО

В результате применения разработанных способов повышения приемных емкостей карьеров и последующего расчета ценности пяти неэффективных карьеров, удалось обеспечить эффективность трех из них.

Для определения экономической эффективности размещения ПО был рассмотрен существующий проект разработки Киембаевского месторождения каолиновых. На основании выполненных исследований предложены рекомендации для повышения полноты освоения глин месторождения при увеличении приемной емкости карьера за счет изменения его формы в плане (таблица 2).

Таблица 2 - Расчет экономической эффективности предложенных рекомен-

Наименование показателя Значение для существующего проекта Значение после корректировки

Площадь карьера, тыс. м2 7,0 7,31

Форма карьера в плане многоугольник прямоугольная

Объем размещаемых отходов \/отх, тыс. и41 87,4 158,3

Граничный коэффициент вскрыши, м3/мл 0,55 1,6

Коэффициент вместимости карьера, м3/м3 0,15 0,26

Количество карт в ВКП, ед. 10 18

Объем дополнительно извлекаемых запасов, тыс. м3 / тыс. т 18,4/33,12

Доход от реализации дополнительных запасов, млн руб. 115,9

Экономическая эффективность, млн руб. 20,6

Таким образом, определение параметров карьеров с учетом ценности их обводненной и необводненной части при освоении природных ресурсов и целенаправленное формирование емкости карьера в качестве техногенного георесурса, позволит повысить полноту отработки запасов. Применение предложенных способов повышения приемной емкости на этапах проектирования или функционирования горнодобывающего предприятия увеличит экономический эффект от использования выработанного пространства для размещения промышленных отходов и эффективность комплексного освоения недр Земли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, дано новое решение актуальной научно-практической задачи - повышения полноты освоения запасов открытым способом за счет разработки методики определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов, на основе коэффициента вместимости, учитывающего гидрогеологические условия месторождения, параметры карт и форму необводненной части карьера. Основные научные и практические результаты работы:

1. Анализ существующих направлений комплексного освоения участка недр Земли при открытой геотехнологии позволил выявить, что при проектировании карьеров их выработанное пространства используется в основном для внутреннего отвалообразования. В настоящее время ряд отработанных карьеров используется для размещения отходов промышленности с целью рекультивации нарушенных земель.

2. Проектирование и целенаправленное формирование выработанного карьерного пространства для размещения промышленных отходов позволяет в процессе разработки месторождения создать приемную емкость и эксплуатировать впоследствии данный техногенный георесурс в качестве полигона для размещения промышленных отходов.

3. На основании классификации карьеров определяются технологические схемы размещения промышленных отходов различного класса опасности в выработанном пространстве в зависимости от типа залежи, гидрогеологических условий и глубины карьерной выемки.

4. Предложен коэффициент вместимости выработанного пространства карьеров, характеризующий эффективность использования приемной емкости для размещения промышленных отходов с учетом класса опасности и параметров сооружаемых карт. Установлено, что его значения для необводненной части карьеров округлой формы, составляет 0,15-0,5, прямоугольной формы -0,26-0,7, для обводненной части - 0,9.

5. Установлено, что ценность карьера, при размещении в нем промышленных отходов, определяется коэффициентом вместимости выработанного пространства и позволяет обосновать целесообразность проектирования и использования карьера в виде техногенного георесурса.

6. Разработан алгоритм выбора способа размещения промышленных отходов в выработанном пространстве карьеров и обоснования граничных параметров карьерных выработок, отдельных уступов и карт.

7. Предложена методика расчета глубины карьеров, при разработке крутопадающих, пологопадающих и наклонных залежей полезных ископаемых, отличающаяся от существующих учетом ценности карьера при использовании его в качестве полигона для размещения промышленных отходов. При-

менение методики определения параметров карьеров позволит повысить эффективность и полноту освоения запасов.

8. Определена экономическая эффективность использования отработанных карьеров для размещения промышленных отходов различного класса опасности на примере ряда карьеров Южного Урала. Из четырнадцати рассмотренных карьеров пять имеют отрицательную ценность и не могут быть использованы в качестве емкости независимо от класса размещаемых отходов, эффективность использования остальных определяется классом опасности размещаемых отходов и коэффициентом вместимости выработанного пространства.

9. Рассчитан экономический эффект использования выработанного пространства карьера месторождения «Киембаевское» для размещения промышленных отходов с использованием рекомендаций по повышению полноты освоения запасов и увеличению коэффициента вместимости. Эффект составит 20,6 млн руб. Объем полезных ископаемых, дополнительно вовлекаемых в разработку - 33,12 тыс. т.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Павлова Е.В. Классификация месторождений полезных ископаемых по пригодности выработанного пространства карьеров для размещения промышленных отходов / С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова, А.А. Козловский II Черные металлы. - 2011. - № 6 - С. 29-33.

2. Павлова Е.В. Определение ценности техногенных георесурсов / С.Е. Гавришев, В.Ю. Заляднов, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2010. - № 2 (30). - С. 5-8.

В прочих изданиях

3. Павлова Е.В. Использование промышленных отходов для обеспечения технического этапа рекультивации карьеров / С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова И Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - С. 10-16.

4. Павлова Е.В. Оценка возможности использования выработанного карьерного пространства с целью размещения промышленных отходов (на примере ряда карьеров Южного Урала) / С.Е. Гавришев, В.Ю. Заляднов, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 69 науч.-техн. конф. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. - Т.1. - С. 3-6.

5. Павлова Е.В. Формирование карьерного пространства и отвалов в виде емкостей для размещения отходов / С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова // Материалы международной научно-технической конференции, Екатеринбург, 2009. - Магнитогорск: МГТУ, 2011. - С. 150-156.

6. Павлова Е.В. Использование карьеров для размещения отходов предприятий в промышленных районах с целью обеспечения экологически рациональной геотехнологии / С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова И Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: материалы 6-й Междунар. конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. - Тула-ТулГУ, 2010. - Т.2. С. 390-396.

7. Павлова Е.В. Комплексное освоение природных и техногенных георесурсов / С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова // Материалы 68 межрегиональной научно-технической конференции. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. -Т.1.-С 234-237.

8. Павлова Е.В. Использование карьеров и отвалов в качестве объектов, обеспечивающих хранение и захоронение отходов / Е.В. Павлова // Сборник статей XIV Междунар. науч.-практ. конференции / под ред. В.В. Арбузова. -Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. - С. 54-56.

9. Павлова Е.В. Определение параметров карьеров и отвалов, используемых для размещения отходов / С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова // Сборник докладов IV всероссийской молодежной науч.-практ конференции «Проблемы недропользования». - Екатеринбург, 2010. - С. 54-61.

10. Павлова Е.В. Проектирование, формирование и использование горнотехнических сооружений в промышленных районах / С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Е.В. Павлова // Проблемы индустриального инновационного развития горнодобывающих отраслей промышленности и мировая геополитика освоения хризотилового волокна: - материалы 5-й междунар. науч.-практ. конференции. -Житикара, 2010. - С. 284-291.

Подписано в печать 21.03.2013 Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00 Тираж 100 экз. Заказ 161

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

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Павлова, Елена Витальевна, Магнитогорск

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

04201357740 Павлова Елена Витальевна

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРОВ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор С.Е. Гавришев

Магнитогорск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

введение 4 глава 1 состояние вопроса, цель и задачи исследования........................................................... 9

1.1 Анализ использования выработанного пространства карьера и восстановления нарушенных горными работами земель................................ 9

1.2 Анализ существующих способов комплексного освоения участков месторождений .............................................................................. 21

1.3 Научно-методическая база по определению параметров карьеров....... 32

1.4 Цель, задачи и методы исследований........................................... 41

ВЫВОДЫ................................................................................. 43

глава 2 исследование факторов, влияющих на эффективность использованр1я выработанного пространства карьеров........................................... 45

2.1 Исследование факторов, влияющих на коэффициент вместимости и ценность выработанного пространства карьера.................................... 45

2.2 Разработка способов повышения эффективности использования выработанного пространства карьера..................................................... 59

2.3 Увязка технологии увеличения приемной способности с формированием карт для размещения промышленных отходов............................ 66

ВЫВОДЫ................................................................................. 74

глава 3 разработка методики обоснования параметров карьеров.............................................. 76

3.1 Определение возможной области использования выработанного пространства карьера для размещения промышленных отходов.................. 76

3.2 Разработка методики определения параметров карьеров, для различных типов месторождений при размещении отходов в выработанном пространстве карьеров...................................................................... 85

3.3 Определение влияния ценности выработанного пространства карьеров

на граничные параметры карьеров................................................... 92

ВЫВОДЫ................................................................................. 98

глава 4 технико-экономическая оценка и

реализация работы.................................................. 100

4.1 Экономическая оценка эффективности использования выработанного пространства карьеров в качестве емкости для размещения промышленных отходов (на примере ряда карьеров Южного Урала)....................... 100

4.2 Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьере Киембаевского месторождения........................................................ 106

выводы..........................................................................................................................................116

заключение..............................................................................................................................118

библиографический список........................................................................120

приложения............................................................................................................................132

введение

Поэтому обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов на этапах проектирования и формирования

горнотехнических сооружений является актуальной научно-практической задачей.

Объект исследования: технология открытых работ, выработанное пространство карьеров.

Предмет исследования: методы определения параметров карьеров.

Задачи исследования: -анализ существующего опыта восстановления нарушенных территорий, использования выработанного пространства карьеров, направлений комплексного освоения участков недр и методов определения граничных контуров карьеров;

-исследование факторов, влияющих на формирование пространства карьера в качестве техногенного георесурса при размещении в нем промышленных отходов;

-разработка способов повышения приемной способности выработанного пространства карьеров;

-классификация карьеров по способам размещения в них промышленных отходов различного класса опасности;

-разработка методики определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов;

-экономическое обоснование целесообразности изменения параметров карьеров Южного Урала при размещении в них промышленных отходов.

математическое и компьютерное моделирование формирования выработанного пространства карьеров и карт при размещении в них промышленных отходов.

Научные положения, представленные к защите:

2. Дифференцирование карьерных выработок по глубине и гидрогеологическим условиям позволяет определять способ размещения в пространстве карьера промышленных отходов соответствующего класса опасности и конструкцию карт, что обеспечит соблюдение экологических требований при повышении полноты и эффективности освоения участка недр.

Научную новизну работы составляют:

фективные границы открытых горных работ при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов.

Достоверность положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных для анализа и моделирования; корректностью постановки задач исследований; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами использования рекомендаций в промышленных условиях.

Апробация работы Результаты, основные положения и рекомендации диссертации докладывались и обсуждались на V международной научно-технической конференции «Комбинированная геотехнология: Комплексное освоение и сохранение недр земли» (г. Екатеринбург, 2009); на IV всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования»

(г. Екатеринбург, 2010, 2013); на 68 и 69 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета (г. Магнитогорск, 2010, 2011); на XX Международном научном симпозиуме «Неделя горняка -2012» (г. Москва).

глава 1 состояние вопроса, цель и задачи

исследования

1.1 Анализ использования выработанного пространства карьера и восстановления нарушенных горными работами земель

С целью изучения современного состояния существующих способов использования отвалов и отработанных карьеров необходимо рассмотреть всю историю взаимодействия человека и природной среды. Исследование способов воздействия человека на природную сферу позволит определить эволюцию взаимоотношений и их дальнейшие перспективы.

Говоря о взаимоотношении человека и окружающей его действительности, следует, исходить из того, что любая форма жизнедеятельность человека, основана на обмене веществом и энергией с природой. [31, 47, 50, 104].

Воздействие человека на окружающую его среду прослеживается с глубокой древности, изначально это были небольшие углубления, ямы, штольни для разработки кремня, руды, минеральных красок, которые затем постепенно углублялись. Одним из современных поисковых признаков месторождений является нахождение в данной местности древних горных выработок - ям, штолен, шахт.

Наиболее древними горными выработками били признаны шахты по добыче кремния, которые находят по всей территории Европы от Пиренеев до Белоруссии. Древние австралийцы уже около 20 тыс. лет назад добывали кремень в естественной известняковой пещере Коональде - длиной 350 м при глубине входа в виде наклонной шахты 65 м. Шахты возрастом около 6,5 тыс. лет обнаружены в Красном селе в Белоруссии и в Спьене (Бельгия), на территории Кшемионки-Опатовские в Польше находятся около 120 кремниевых шахт каменного века. В Нидерландах, в районе Маастрихта известно около 5000 шахт (3150 - 3050 гг. до н.э.) по добыче кремня, глубиной до 15 м. Каменоломни в Египте были созданы для строительства пирамид, и многие из них существуют и в настоящее время (естественно, в современных вариантах, как, например, добыча знаменитого белого известняка на правом берегу Нила, используемого в свое время для облицовки

пирамид). На западе Украины известны разработки по добыче кремня в районе Каменец-Подольска и близ Ивано-Франковска [47, 50].

Крупнейший из древних медных рудников - рудник в Рудна Главе (Сербия) имеет возраст 6,5 тыс. лет, глубина горных выработок достигает глубины 18 м. Рудники древних шумеров VII-IV тыс. до н.э. в районе Эйлата (северная оконечность залива Акаба) состояли из неглубоких стволов шахт, ведущих к сети узких подземных галерей, тщательно вырытых по ходу рудоносного пласта. На территории Европейской части России изучены горные выработки в районе г. Оренбурга - Каргалы (V - III в.в. до н.э до II тыс. до н.э.), общая длина штолен достигает сотен километров, глубина - 42 м [47, 50].

К I - III тыс. до н.э. относится «Железная пещера» (Башкапсара) на Западном Кавказе по добыче медной руды, состоящая из 13 выработок длиной до 60 м и шириной до 30 м, с высотой до 15 м, в Азербайджане в районе Нахичевани известны и соляные выработки, также датируемые I - III тыс. до н.э. Начиная с XIII в. в Европе начинается добыча соли методом растворения в специальных горных выработках - зинкверках [47, 50].

Рудники по добыче золота, серебряных и медных руд известны на Синайском полуострове, в Нубии (разрабатывались еще в Древнем Египте); в Греции (Лаврион), изучены рудники Римской империи в Испании и Британии по добыче олова и флюорита. В Средней Азии в 1938 г. археологом М.Е. Массоном изучены древние выработки по добыче железной руды близ Термеза в хребте Кугитанг-Тау, в Северной Фергане (Гава-Сай) сохранились подземные выработки по добыче магнетитовой руды. Серебряно-свинцовые рудники IX-X вв. н.э. известны на северном склоне Туркестанского хребта, в районе Кан-и-Гут [47, 50].

Таким было взаимодействие человека и природной среды во время допро-мышленной эры. Несмотря на то, что с тех далеких времен общество претерпело значительные преобразования, зависимость человека от природы не стала меньше. Изменились масштабы взаимодействия, появились иные формы природопользования и способы воздействия на недра Земли.

Как и прежде, человек добывает полезные ископаемые, оставляя после выемки, котлованы, отвалы вскрышных пород, хвосто- и шламохранилища и т.п. В последние несколько десятилетий различные направления экологии объединяют одну тематику и пытаются решить одну задачу - взаимодействие человека и природы. Некоторые исследователи, изучающие данную тематику считают, что возможны процессы коэволюции1 человека и окружающей его среды, то есть природы, вмещающего ландшафта, или, как определял один из основателей евразийства П.А. Савицкий, «месторазвития». Иные считают, что человек наст

Информация о работе

Павлова, Елена Витальевна
кандидата технических наук
Магнитогорск, 2013
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы