Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Обоснование параметров технологии и организация горных работ по разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом в условиях тропического климата

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров технологии и организация горных работ по разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом в условиях тропического климата"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ 05>АЗСа\НИЮ

российский УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

г- г: од

1 о ИЮН »

На правах рукописи УДК 622.271.3:085:616.001

ЛАЙ'ЛЕ-ТОКПА НИЕБА

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ ГСРНЬК РАБОТ ПО РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ В УСЛОВИЯХ ТРОПИЧЕСКОГО КЛИМАТА

. II.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное

использование природных, ресурсов

05.15.03 - открытая разработка местороздений полезных ископаемых

Авт ореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена на кафедре горного дела Российского Университета дружбы народов

Научный руководитель:

доктор технических наук Л.Н.Кашпар

Официальные оппоненты:

члвн-котгоеспондент АЕН ТО, доктор технических наук, пгюфессо Ц.Е.Певзнеп

доктор технических наук В.Г. Шитарев

Ведущая организация: Государственный научно-исследова-

тельский институт горно-химического сырья (Госгорхимпроект)

7: Шоия

Защита диссертации состоится "¡¿Г* 1994г.

в 17°° часов на заседании Специализированного совета К 053.22.26. в Российском Университете дружбы народов по адресу: П7302, г.Москва, ул.Орджоникидзе, д. 3

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Российского Университета дружбы народов (117198, г.Москва, ул.Миклухо-Маклая, д.6).

Автореферат разослан маХ. 1994г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат химическюс наук,

В.Н.Чистохвалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большая часть месторождений полезных ископаемых земного шара, в том числе и месторождений железных руд, разрабатываемых открытым способом, находится в зонах, где преобладают жаркие, сухие и влажные тропические климатичес-тае условия, характеризующиеся высокой температурой воздуха п большими температурнши перепадают в течение суток и сезонов, повышенной солнечной радиацией, сильными ветрами, интенсивными атмосферными ливневыми осадками и большой относительной влажностью воздуха.

По данным метеостанции в условиях влажно-тропического климата Гвинейской республики суточные изменения температуры воздуха колеблятся в пределах от +18°0 до +30°С и в редких случаях достигает до значения +32°С. Средняя годовая амплитуда колебаний температуры составляет 25-28°С выше нуля. Относительная влажность воздуха в летнее время изменяется от 10 до 30°. Среднегодовое количество атмосферных осадков составляет 600 мм. Характерным признаком влажно-тропического климата является чередование двух сезонов в течение года:

- сухой сезон, в течение которого выпадает минимальное количество атмосферных осадков (от 5 мм до 80-140 мм). Это преимущественно туманы- и другие прочие осадки;

- сезон дождей, характеризующийся интенсивным выпадением атмосферных осадкрв, главным образом ливневых доздей. В разных районах страны максимальное количество ливневых осадков в пересчете на год достигает 1800-2000 юл и более. Относительная влажность воздуха изменяется от 10-30? в летнее время до 100$ во время ливневых дождей.

Исследователи ряда стран и практика открытой разработки в разных зонах доказали, что такие климатические условия оказывают существенное влияние на условия ведения открнтнх горнах работ па карьерах стран с сухим жарким и влажно-тропическим климатами и предъявляют свои особые требования к применяемой технологии и организации горного производства.

Влияние климатических условий на организм человека проявляется в снижении работоспособности лвдей, росте заболеваний легких, глаз и увеличении травматизма.

Неблагоприятные климатические условия способствуют быстрому износу деталей и механизмов исполнительных органов горных машин и увеличению аварийности, снижают производительность горнотранспортного оборудования.

Отрицательное влияние атмосферных ливневых осадков и большой влажности воздуха сказывается в ухудшении объемно-качественных показателей полезного ископаемого, снижении производительности применяемого в карьерах оборудования. Ливневые дозди способствуют также возникновению оползней в откосах уступов и бортов карьеров, большим потерям руда за счет выноса водой Ливня ее частиц из развала подготовленной к выемке взорванной горной массы на уступах, осложняют условия ведения горных и транспортных работ.

Однако технологические аспекты разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом в тропической зоне с учетом влияния климатических условий изучены недостаточно. Крайне недостаточны научно-обоснованные технологические решения и схемы по совершенствованию структуры комплексной механизации открытых горных работ, практически отсутствуют систематизированные и обобщающие исследования по выявлению влияния Ливневых осадков, которые в сочетании с сильными ветрами создают особо жесткие условия работы карьеров.

Очевидные отрицательные последствия такого сочетания Ливня о ветром привели к тому, что в практике горного производства па карьерах стран с влажно-тропическим климатом, горные работы останавливаются в период Ливневых доздей на несколько месяцев с учетом интенсивности и периодичности вшюдаютх осадков. Это существенно сказывается на снижении годовой производительности применяемого горнотранспортного оборудования, эффективности работы горных цредцрпятий и увеличении эксплуатационных затрат на горное производство.

Все вышесказанное оцределяет актуальность постановки и решения научной задача обоснования параметров технологии и организации работ по разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом в условиях влаЕно-трошгческого климата.

В данной диссертационной работе эта научная задача решается на примере нелезорудного месторождения Нимба Гвиней.

Цель работы. Цель данной работы заключается в выявлении влияния количественных и частотных характеристик Ливневых осадков во влажно-тропической климатической зоне на технологию, механизацию и организацию открытых горных работ, отрицательного воздействия горных работ на окружающую среду, а также в разработке рациональных технологических схем, обеспечивающих высокую эффективность горного производства и рациональное использование недр.

Идея работы. Идея работы заключается в рациональном использовании закономерностей интенсивности, частотности и продолжительности ливней, смывающей способности потока вода при различных уклонах рабочей площадки уступа и выявлении их влияния на параметры технологии и ре.-зтга разработки, обеспечивающие повышение-эффективности открытых горных работ я снижение вредного воздействия взрыва, отработанных газов на окружающую местность л воздушный бассейн.

Научная новизна работы состоит:

- В обосновании рациональности ежесуточных взрывных и выемочно-погрузочных работ на карьерах в период дождей, уменьшающих вредное воздействие на окруаающее пространство,

- В выявлении влияния параметров ливня на качественные характеристики взорванной массы и изменение физико-механической характеристики навала, установлении последовательности ливень -- взрыв - ливень и интервала меяду ливнем и взрывам, уменьаа-ощих вредное воздействие горных работ на окруааащую среду за зчет снижения интенсивности автотранспортного двияения на 25%

I исключения выноса потоком воды мелких разных частиц, являющихся самой ценной рудной массой.

- В обосновании параметров технологических схем отработки гступа и необходимости изменения уклона рабочей площадки уступа 5 период ливней с учетом интенсивности доздей и смывающей спо-¡обноста штоков воды."

- Б разработке и обосновании методики расчета параметров 'ступа и забоя, организации выемочно-погрузочных работ, повыпа-)щих годовую производительность горнотранспортного оборудования.

Обоснованность и достоверность выводов и рекомендации исследования подтверждаются:

- Натурными наблюдениями в период дождей в районе месторождения Нимба (ГЕИнея);

- Лабораторными экспериментами при высокой сходимости результатов (коэффициент коррекции - 0,73);

- Аналитическими исследованиями;

- Графоаналитическими исследованиями;

- Технико-экономическим анализом и сравнением вариантов с использованием ЭШ,

Научное значение исследования состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании параметров технологии разработки карьера в период дгаэдей, изыскании рациональных технологических решений, обеспечивающих минимальное воздействие Ливня на взорванную массу и обосновании круглогодичной организации работа в карьере.

Практическое значение диссертации заключается в разработке методики расчета параметров технологических схем обработки уступов и забоев в период Ливневых дождей а внедрении предложенной технологии в проектнь'е проработки практического использования для обеспечения наиболее полного, и эффективного исследования производственного оборудования и основных фондов горных предприятий в странах с тропическим климатом, повышении производительности труда и снияении издержек горного производства, а также в рациональном использовании природных ресурсов и нодр в период дождей,

Реализация выводов тт рекомендации работы. Обоснованше в работе технология разработки уступов в период доздей и организация выемочно-погрузочных ребот рекомендуются применять на зсарьерах стран с тропическим климатом, где Лмшевые осадки оказывает существенное влияние на"' условия ведения горных работ и на взорванную горную массу. Предложенная технология принята к внедрению на карьере по разработке железорудного месторождения Нимба в гористой местности Гвинеи.

Атгообагтя рдботн. Идея, основные научные результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на научно--гехпических конференциях инженерного факультета Российского Университета Друабы Народов (Москва 1991-1994гг..).

Люсортопиоштая работа состоит из: введения, четырех глзз, заключения, списка использованных источников из наименований, содержат Ш страниц машинописного

текста, вклзчая 31 рисунков, ¡6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

, Эффективность производства открытых горных работ как показывает практика оттантой; разработки в тропической климатической зоиэ связана не только с применением моезюго горного и транспортного оборудования, но и в значительной степени зависит от зсшлатпческях факторов районов разработки. Это объясняется тем, что горное и транспортное оборудование, а таете, л люда, работайте з тякелп: аявкагаческах условиях па открытом воздухе подвор-гаэтся воздейстгхэ атмосфэрнкх осадт:оп, чаетпц саза, значительна! перегрузкам, что предопределлет больной диапазон и интенсивность износа деталей в кзгпнах, снижение работоспособности и ухудшение состояния здоровья людей.

Исследование влияния Ливневых дсядей на условия ведения горних работ и учет их результатов при обосновать рациональных технологических решений и схем, а такяе я организации работ позволяют в значительной степени повысить эффективность горного производства и улучшить условия труда на карьерах стран с тро-пичесгапл климатом.

Вопросы открытой разработки месторождений полезных ископа-е;л«х в слояшх климатических условиях рассмотрены в трудах В.В.Р.т.свского, д.т.н. Ю.И.Алистратова, А.И.Арсентьева, И.З.Е>.:а-гова, П.И.Коха, А.П.Лазарзди, Е.И.Емельянова, П.Ламба,-Г.Р.Бут-кевлча и др.

■ Исследованиями этих ученых заложены основы теории открыто" разработки месторождений полезных ископаемых в слолпых топографических и климатических условиях.Но тем не менее, анализ их мучных публикаций показал, что вопросы разработки месторозде-шй в слояннх климатических условиях недостаточно изучены. 1з всех рассмотренных работ, главное внимание уделено лишь вопросам эксплуатации горных машин в суровых условиях зиш и :ухого жаркого климата. Дм условий влатдо-тропического климата, зопросы затронута только в области прогнозирования деформаций >ткосов уступов и бортов карьеров с учетом атмосферных осадков.

Практически отсутствуют систематизированные и обобщающие исследования по выявлению влияния Ливневых осадков на условия ведения открытых горных работ и крайне недостаточны научно-обоснованные технологические схемы по совершенствованию структуры комплексной механизации и организации горных работ в условиях тропического климата.

Вышеуказанные задачи предопределяют необходимость изыскания наиболее рациональных технологических схем и решений, обеспечивающих высокую эффективность горного производства в условиях тропического климата в период дождей на примере месторождения Нимба (Гвинея) в Западной Африке /Рис. I/.

Наблюдениями метеостанций в районах разработки, а также и автора, установлено, что как в районе месторождения Нимба, так и в других районах тропической зоны зависимость открытых горни; работ от климатических условий особенно проявляется в период довдей, когда интенсивное выпадение Ливней приводит к неравномерности в работе карьеров, размыву откоса изорванной горной массы и значительны?.! потерям ряда за счет её выноса водой потоков при Ливне и к снижению производительности выемочно-погру-зочного оборудования из-за выемки влажной горной массы и трудностей её экскавации и транспорту,

В результате решения поставленных задач выявлено влияние Ливневых осадков на взорванную горную массу, а также разработана наиболее рациональная технология и обоснованы её параметр] устраняющие неблагоприятное воздействие характеристик Ливневых дождей на условия ведения горных работ и рациональное использование материальных ресурсов и разрабатываемых недр.

Для характеристики сезонных изменений атмосферных осадков применяются теория индексного анализа и графическое изобракенп их количественных показателей. Индексы сезонности при цроиззод стве горных работ определяются отношением среднего уровня изучаемого явления горного производства в каждом месяце к среднемесячному уровню данного явления за весь год:

*сез " ~~~~ 100* .

+ + н- -ь + -f

у> * 4 4- 4" КОТТ^'&уА?

231 GS 2

ЕЗЗЗ CZZZ34 GZZls

'IIP,

i

/Рис. I/

ГЬологичйс-чар Карга и pajpe¿ Месторокъ-даинл Ним Sa (по M, 1<ип, 436фг 1 - ntüüfU ; 2 - КбарЦиТЫ ; 3„ Гргикои. 4 - Ям гри'Еьлиты •

где: 7i - среднемесячный уровень изучаемого явления в 1-ом месяце;

7 - среднемесячный уровень явления за весь 3-5-летний период.

Индексы ссзошюсти мояпо привести, например, по добыче и вывозу руды и вскрышных пород на карьере. Чтобы устранить особенности сезошшх изменений, присувдх только данному году, а также влияште несезонного характера, оти показатели определяют по данным за 3-5 лет.

На основе графического изображения выявлена закономерность, интенсивность и периодичность выпадения ливневых доздей в течение календарного года ,/Рпс. 2/. Характером язмеиегаш этих графиков установлено время года интенсивного выпадения ливневых осадков в районе месторолгдештя Нимба (с и;шхя по октябрь включительно) и максимальные среднемесячные осадки (550 щ/мес) наблюдаются в точение августа. При этом, наиболее благоприятны;.! для добычи руды является весь сухой период (с ноября по апрель), а такае и май, июнь месяцы догадливого периода, когда дохда ско оказываются незначительными. В остальное время (с толя по октябрь) вследствие интенсивного выпадения доздей условия работы людей и эксплуатации оборудования на карьерах значительно ухудшаются.

Наиболее ватлшьл: при оцernte ливневых осадков в условиях тропического климата-является суточный релшм их выпадения /Рис. 3/. Исследованиями установлено, что в нагорной части Гвинеи, где расположено месторождение Нимба ливневые довдп выпадают главным образом во второй половине дня с продолжительностью в течение суток от 2 до А часов (с 17 до 20 часов).

Суточный режим выпадегшя ливневых осадков необходим дал выявления их влияния на количественные характеристики взорванной горной массы и изменение физико-механической характеристики навала при ливне.

В своем естественно-разрыхленном состоянии взорванная горная масса представляет собой естественио-влащщй материал, устойчивое состояние которого обуславливается естественной влакпостыо, свойстваш отдельных сё фракций и силами вггутрен-пего трения, действующий на контактах мезду частицами. При випадешш ливневых дождей вла-люсть взорванной горной массы

,/Рпс. 2./

Среднемесячные Осадки

9

/Рис. 3/ Суточный РехсиИ . êblfla.-aj. май - им>иь ; £). UKUb- attyr, {). cwMS^

на карьерах увеличивается. Лабораторными исследованиями установлено, что в период дождей необходимо учитывать ливни с интенсивностью более 8 км/час. В этом случае уменьшается угол впутрепиего трения развала взорванной горной массы и практически смывается мелкая (самая ценная) фракция руды с размером от 2 до 5 ил.'

Для оценки влияния выпадения ливневых осадков на взорванную горную массу используют отношение объема воды %сал . накапливающейся во взорванной горной массе при ливне г: объему пород!I д развале'взорванной горной массы:

.-^осаДь, псо , Я

Эта безразмерная величина О представляет собой степень увлагзюпия порода при ливне или меру интенсивности процесса увлажнения взсрпагагой горной массы при выпадении ливневых осад-поз.

Прл исследовании влияния режима ливневых осадков на взор-*»шуп гассу установлена зависимости влажности взорзапной горной кассн от процентного содержания мехах фракций, в которых содержится основная масса влаги при ливпе, от продолжительности и часового выпадения ливневых осадков.

Для оценки состояния откоса взорванной горкой массы при выпадении на него атмосферных ливневых осадков влажность породы определяется с учетом количественных характеристик этих осадков выражением:

;7 .. л • *. я,,

240 • ^з . зп . С + ^еств. • - •

где: - среднечасовое выпадение ливневых осадков, мм/час;

t - продолжительность выпадения осадков в течение суток, часов;

Нраз - высота развала взорванной горной массы, м; 9п,3з - объемный вес порода и воды, т/м3;

с - процентное содержание мелких фракций породы взорван-

ной массы, в которых содержался основных масса влаги при ливне, %. Результаты исследования показали, что угол откоса взорванной массы не изменяется при возрастании поверхностной шгакностн до 3-5^ при" с в 44/о. Увеличение влаги больше приводит к уменьшению угла внутреннего трения и усложнению производства выемпо-погрузочпых работ. При этом снижается производительность автотранспорта по горкой массе в связи с перевозом вода на 10-13# (по весу). Во время ливня в течение суток возмоегш выемочно-погрузочные работы при интенсивности до 0 мц/час при 0гра1шче1ши площади внутри-карьерного стока на взорванную массу.

Для обеспечения снижения до полного минимума влажности отгружаемой массы к уменьшения вредного воздействия взрыва на окружающую среду разработаны технологические схемы отработка уступа с изменением уклона рабочей площади с учетом пнтспсив-ности доздей и смывающей способности потоков води в период ливней, обоснована организация ежесуточных взрывных и выемочно--погрузочных работ на карьерах в период долздей, уменьшающих вредное воздействие на «фукающее пространство, разработана и обоснована методика расчета параметров уступа и забоя, организация выемочно-ногрузочшх работ, позволяющих повышать годовую производительность горнотранспортного оборудования.

При обосновании параметров технологии установлено, что наиболее эффективной выемкой руды в период доздей является технологическая схема отработки уступов при комбинировании прямых (1>о) и обратных уклонов С ± -с о ) рабочих площадок, что обеспечивает минимальное попадание потоков вода на взорванную горную массу при ливне. При ежесуточных взрывах, на карьерах количебтво одновременно взрываемого заряда ВВ уменьшается. При этом уменьшаются вредные воздействия взрывов на окрукающу^о среду, обеспечивается рациональное использование недр. Переход с сезонного рекпма работы карьеров на непрерывный двухсменный .в период доздей и трехсменный в сухой позволяет добиваться максимальной эффективности горного производства, уменьшается число одновременно используемого оборудования в карьере, что приводит к снижению интенсивности производства, улучшаются условия работы карьерного транспорта. Взрывание скважин после доздя уменьшает в карьерах выделение вредных газов в окружающую среду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На производство открытых горных работ существенное влияние оказывают климатические условия районов месторождений (температура воздуха, ветер, атмосферные осадки и др.). На карьерах стран с тропическим климатом зависимость открытых горных работ от климатических условий особенно проявляется в период доздш-вого сезона, характеризующегося интенсивны:.! периодическим выпадением ливневых осадков.

Однако для этих условий, где основная часть местороздений полезных ископаемых разрабатывается открытым способом, до настоящего времени крайне недостаточно научное обоснование параметров технологии разработки с учетом влияния ливневых осадков, л тагсзе технологических решений и схем по совершенствованию структуры комплексной механизации. Практичесет отсутствуют систематизированные и обобщающе исследования по выявлению влия-гая ливпешх осадков, создающих особо кесткяв условия работы на карьерах. Поэтому, как правило, горные работы останавливается в период доздей па несколько месяцев и на карьерах разработка ведется в сезонном рагиме работы. Это в значительной млрз слизывается на еппаения оффектазиоотя добычи руда и увеличении уделышх затрат на горное производство. На основании полного учета специфики условий тропического климата, тщательно обоснованной организации выполнения основннх производственных процессов в забое следует добиться резкого снижения вредього воздействия па экологию и несомненного повышения показателей экономической эффективности горного производства в тропической зоне.

В результате решения поставленных задач получены следующие основные выводы и рекойевдации:

1. Выявлена закономерность, периодичность и интенсивность вшадения ливней в течение календарного года. Установлено, что па изменение качествешшх и количествепных характеристик взорванной горной кассы оказывают влияние ливни с интенсивностью сзппо 8 км/час, путем выноса из развала горной массы класса -2 км, и уменьшения угла развала на 3°-12°.

2. Экспериментально доказана возможность резкого снижения поверхностной влаллости взорванной горной массы путем изменения реяпма и организации взрывных работ и внедрения в параметры

разрабатываемого уступа конструктивных изменений, что исключает вынос за пределы карьера рудной мелочи, на 12-15% уменьшает расход топлива (энергии) и на 20-25% повышает цроизводателъ-ность труда.

3. Доказана рациональность перехода с сезонного режима добычных работ в карьере на непрерывный трехсменный в сухой период и двухсменный в ливневый период. При этом в период дождей необходимо соблюдать уклоны (± » о,оси) площадок рабочего уступа, постоянное ограждение взорванной массы навалом и его перемещение по мере подвигания забоя.

Доказана рациональность проведения ежесуточных взрывов через 30-60 минут после снижения интенсивности ливня ниже уровня 8 мм/час, что на 25% снижает выброс в атмосферу окислов азота и углекислого газа во время массового взрыва в сухой период и не превышает уровня 8% от объема массового взрыва в сезон дождей.

4. Доказано, что переход на ежесуточный режим взрывных работ на 8-1 снижает нецроизводительные затраты, на подготовку породы к выемке и на транспортирование, а такие исключает потери руды.

5. Перевод карьера на круглогодичную работу при неизменной годовой производственной мощности позволяет использовать в карьере только 75? действующего выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, отгружая и перевозя только сухую горную массу, позволяя реализовать до 25$ имеющегося карьерного оборудования, стабилизировать круглогодичное потребление энергии в карьере и на дробильно-сортировочной фабрике, перейти к постоянной занятости рабочей силы цри стабильном графике отпусков и выполнении ремонтных работ.

LAB ILS TOEPA NIEBâ (Guinea)

"Substantiation for the choice of technological paramétrés and organisation of mining, process under the conditions of - . tropical clinata".

On the basis of the conducted research the author has suggested the solution of scientific problems connected with the search and substantiation of rational paramétrés for mining technology and organisation of loading-unloading and transport work3 in quarries for countries with humid tropical climate in rainy period. This problem is of great economic significance, since it enables to-increase the exten3iveness of mining throughout a year, i.e. to prolong the time of equipment utilization, which ensures the rise in efficiency of quarry production funds, guarantees environmental protection and rational use of mineral resources. This i3 achieved due to the reduction of explosive materials for each block and of the quantity of the required equipment.

The experimental-analytical study on the decrease of surface 'humidity in exploded rocks " , has been carried out by changing the regime and organisation of blasting works and introduction of certain constructive changes into the paramétrés of the bench, which excludes the evacuation of fine ore beyond quarry, raises labour productivity and efficiency of the applied technology.