Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование рациональной технологической схемы водоотлива на кимберлитовых карьерах Якутии

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование рациональной технологической схемы водоотлива на кимберлитовых карьерах Якутии"

О1

Алькова Елена Леонидовна

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ВОДООТЛИВА НА КИМБЕРЛИТОВЫХ КАРЬЕРАХ ЯКУТИИ

Специальность:

25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ЕВ 1С12

Якутск-2011

005009008

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте горного дела Севера им.Н.В. Черского Сибирского отделения РАН

Научный руководитель:

кандидат технических наук Панишев Сергей Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Андросов Артур Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Кисляков Виктор Евгеньевич

Ведущая организация:

Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ОАО)

Защита состоится «28» февраля 2012 г. в 12 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 003.020.01 при Учреждении Российской академии наук Институте горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН по адресу: 677980, г. Якутск ГСП, пр. Ленина,43, тел/факс 8(4112)33-59-30. E-mail: igds@ysn.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГДС СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направить в адрес диссертационного совета ДМ 003.020.01.

Автореферат разослан «J.J/ъ января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Разработка штокообразных глубоких залежей полезных ископаемых, какими являются кимберлитовые трубки с малыми размерами и округлой формой в плане, отличается от других тем, что вскрытие рабочих горизонтов производится в течение всего периода эксплуатации месторождения. При этом по мере развития горных работ в глубину, транспортные и инженерные коммуникации постоянно переносятся до момента подхода уступов к конечному контуру карьера для обеспечения определенной последовательности отработки слоев. Все главные параметры карьера, масштабы горных работ и технология определяются конечной глубиной карьера

Целый ряд кимберлитовых карьеров Якутии, находящихся в стадии эксплуатации, характеризуется наличием одного или нескольких водоносных горизонтов с водопротоками различной интенсивности (от 85 до 1200 м3/час). Поступающая в карьеры вода обладает высокой минерализацией (до 400 г/л) и имеет свойства рассола, то есть весьма агрессивной среды. Промышленная и экологическая безопасность ведения горных работ требует непрерывной откачки поступающих в карьер вод, что обеспечивается применением сложных многоступенчатых схем водоотлива.

Эффективность схем водоотлива карьеров в период их строительства и эксплуатации устанавливается соответствующими техническими и гидрогеологическими расчетами по критерию соответствия производительности насосов и максимального расчетного суточного притока дождевых и подземных вод. В то же время, в существующих расчетных методиках не учитываются такие важные технологические характеристики схем водоотлива, как уровень занятости карьерного пространства под комплексом водоотливных сооружений (КВС), возможные простои водоотлива в период монтажа-демонтажа и количество перестановок КВС во взаимосвязи с глубиной отработки карьеров, производительностью экскаваторов, порядком и условиями формирования рабочих зон для горнотранспортного оборудования.

Все производственные процессы на горных работах являются взаимосвязанными, поэтому показатели эффективности технологической схемы водоотлива необходимо рассматривать с точки зрения единой системы «водоотлив-карьер».

Таким образом, обоснование и выбор рациональной схемы водоотлива, обеспечивающей повышение производственной мощности карьера, ритмичность работы и сокращение срока его отработки, является актуальной научной и практической задачей.

Работа выполнена в рамках поисковой темы «Исследование влияния технологии горных работ на формирование инженерных коммуникаций при разработке глубоких горизонтов карьеров» (2002-2007 гг.) и в соответствии с планами НИР ИГДС СО РАН по проекту 7.7.3.3. «Разработка концепции и основ конструирования эффективных геотехнологий освоения и сохранения недр криолитозоны, в том числе адап-

тированных к кластерной организации рудного вещества» (№ гос. per. 01.2.007.06516, 2007-2009 гг.), проекту VII.60.4.2. «Разработка основ новых геотехнологий эффективного освоения месторождений кластерного строения в условиях криолитозоны» (№ гос. per. 01.2.010.50749, 2010-2011 гг.).

Целью работы является повышение эффективности отработки глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров в условиях повышенных водопритоков в выработанное пространство на основе обоснования и выбора рациональной технологической схемы водоотлива.

Основная идея работы заключается в использовании установленных закономерностей совокупного влияния технологических и организационных факторов системы «водоотлив-карьер» на производственную мощность карьера в зависимости от его геометрических параметров и глубины отработки для обоснования и выбора рациональной схемы водоотлива.

Задачи исследований:

- выявить и обосновать основные факторы (технологические, организационные, технические и др.), оказывающие существенное влияние на эффективность системы «водоотлив-карьер» при различном порядке обустройства водоотливных сооружений;

- исследовать зависимость производительности экскаватора от уровня занятости карьерного пространства под водоотливными установками и частоты их перестановок (монтажа-демонтажа) с глубиной отработки карьера и типом технологической схемы водоотлива;

- оценить объемы добычи рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений для различных технологических схем водоотлива;

- разработать методику выбора рациональной технологической схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, учитывающую взаимосвязи обустройства КВС с уровнем занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями, простоями водоотлива на монтаж-демонтаж и объемами добытой рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений, в зависимости от глубины отработки.

Объектом исследований являются глубокие кимберлитовые карьеры, эксплуатируемые в условиях повышенных водопритоков.

Предмет исследования - технологические и организационные факторы, влияющие на выбор рациональной схемы водоотлива глубоких обводненных карьеров.

Методы исследований: анализ и научное обобщение литературных источников и существующего опыта эксплуатации глубоких карьеров, графоаналитический, горно-геометрический и технико-экономический анализ, математическая обработка результатов исследований.

На защиту выносятся:

- Критерии эффективности функционирования системы «водоотлив-карьер», определяемые обустройством КВС во взаимосвязи с уровнем занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями, простоями водоотлива на монтаж-демонтаж и объемами добытой рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений в зависимости от глубины отработки.

- Методика выбора технологической схемы водоотлива, отличающаяся тем, что обоснование показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» производится с учетом их зависимости от глубины горных работ и геометрических параметров карьеров. Методика позволяет принимать обоснованные решения по обустройству комплекса водоотливных сооружений для условий эксплуатации глубоких кимберли-товых карьеров, обеспечивающие снижение себестоимости добычи руды на 0,3 - 1,5% и повышение производственной мощности карьера по руде до 4%.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлены и обоснованы основные факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность функционирования системы «водоотлив-карьер»: уровень занятости карьерного пространства под КВС, простои на монтаж-демонтаж водоотливных установок, количество перестановок и объемы добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений;

- установлены зависимости изменения показателя занятости карьерного пространства под водоотливными установками, частоты монтажа-демонтажа КВС и объемов добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений от глубины ведения горных работ и порядка обустройства применяемой технологической схемы карьерного водоотлива;

- установлена взаимосвязь производительности добычных машин с уровнем занятости карьерного пространства и глубиной отработки;

- разработана методика выбора рациональной схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, отличительной особенностью которой является комплексный подход, учитывающий закономерности изменения показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» с глубиной ведения горных работ и типом применяемой технологической схемы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается корректной постановкой задач, сходимостью расчетных данных при использовании графоаналитического и горно-геометрического методов анализа с фактическими данными эксплуатации.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования установленных закономерностей и разработанной методики для выбора рациональной схемы водоотлива глубоких обводненных карьеров на стадии их проектирования и эксплуатации, что позволяет повысить производительность карьера по руде и сократить срок его отработки.

Личный вклад автора состоит:

- в постановке цели, задач исследования, сборе, обработке, анализе статистических данных;

- в установлении закономерностей изменения уровня занятости карьерного пространства под КВС, частоты монтажа-демонтажа водоотливных установок и объемов добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений в зависимости от глубины отработки карьера и порядка обустройства применяемой технологической схемы водоотлива;

- в технико-экономической оценке эффективности функционирования системы «водоотлив-карьер» с учетом основных факторов, определяющих выбор рациональной технологической схемы водоотлива;

- в разработке методики выбора рациональной технологической схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких обводненных кимберлитовых карьеров.

Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2002, 2004, 2007 гг.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криоли-тозоны» (г. Якутск 14-17 июня 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» (г. Мирный, 11-15 апреля 2011 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти чл.-корр. РАН Новопашина М.Д. «Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России» (г. Якутск, 13-15 сентября 2011 г.); научных сессиях и заседаниях ученого совета ИГДС СО РАН.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных статьях, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 108 наименований, приложения, содержит 141 страницу машинописного текста, в том числе 34 рисунка, 27 таблиц.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю к.т.н. Панишеву C.B., а также к.т.н. Ермакову С.А., к.т.н. Буракову A.M., к.т.н. Батугиной Н.С. и всему коллективу лаборатории открытых горных работ ИГДС СО РАН за советы и помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Различные аспекты отработки обводненных месторождений полезных ископаемых открытым способом рассматривались в ряде работ таких авторов, как Арсентьев А.И., Титов В.Р., Абрамов С.К., Скиргелло О.Б., Газизов М.С., Костенко В.И., Шнайдер М.Ф., Вороненко В.К., Андросов А.Д., Томаков П.И., Соенко В.И., Радчен-

ко В.Ф., Самсонов Б.Г., Черкасов Р.В. и других. Анализ этих работ показал, что в них раскрыты далеко не все вопросы, связанные с выбором рациональной схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких обводненных карьеров, характеризующихся небольшими размерами в плане и стесненной рабочей зоной на глубоких горизонтах. При разработке месторождений открытым способом системы осушения могут быть представлены дренажными скважинами, внутрикарьерным водоотливом, подземными дренажными выработками. Выбор схем, методов технологии осушения определяется водопритоками к горным выработкам, проницаемостью дренируемых пород и требуемым понижением уровня подземных вод. На сильнообводненных месторождениях затраты на водоотведение достигают 10-20% от общих затрат на добычу руды. В сложных технических и гидрогеологических условиях разработки находятся кимбер-литовые карьеры Якутии. Помимо системы внешнего дренажа, одновременно с ведением горных работ на глубоких горизонтах, функционирует внутрикарьерный водоотлив, так как при разработке большинства карьеров вскрываются водоносные горизонты с различными водопритоками, достигающими 1200 м3/час. Негативное влияние на эффективность горных работ оказывают стесненность рабочей зоны на глубоких горизонтах карьера, что требует регулярного монтажа-демонтажа водоотливных сооружений и их переноса на безопасное расстояние при ведении взрывных работ. Это обуславливает дополнительные производственные затраты и снижение производительности добычного оборудования.

В существующих методиках выбора схем водоотлива не учитываются технико-экономические показатели системы «водоотлив-карьер» в зависимости от глубины разработки, к которым относятся простои, связанные с монтажом-демонтажом водоотливных установок; снижение общей производительности карьера и влияние уровня занятости карьерного пространства под водоотливными установками на производительность добычных машин.

Первое положение, выносимое на защиту: Критерии эффективности функционирования системы «водоотлив-карьер», определяемые обустройством КВС во взаимосвязи с уровнем занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями, простоями водоотлива на монтаж-демонтаж и объемами добытой рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений в зависимости от глубины отработки.

На основе анализа практики ведения горных работ на карьерах АК «АЛРОСА» выделены три основных схемы обустройства водоотливных сооружений (рис. 1).

Одноступенчатая схема карьерного водоотлива (схема 1, рис. 1) характеризуется зумпфом больших размеров, расположенным на самой низкой отметке дна карьера. Емкость зумпфа рассчитана по максимальному суточному притоку карьерных вод.

Отличительной чертой двухступенчатых схем (схема 2, 3, рис. 1) является наличие металлических зумпфов-накопителей, расположенных выше горизонта отра-

ботки (схема 2), либо на горизонте отработки (схема 3). При схеме 2 забойный зумпф подготавливается путем перебура рабочего горизонта. При схеме 3 забойный зумпф готовится опережающим вскрытием и располагается на нижележащем горизонте. Достоинством двухступенчатых схем водоотлива, особенно в стесненных условиях отработки глубоких горизонтов карьера, являются минимальные размеры забойного зумпфа за счет возможности перекачки воды в металлические зумпфы-накопители.

СХЕМА 1

Водовод

СХЕМА 2 Металлический зумпф-накопитсль\

Насосная станция

------ -...ш

Горизонт отработки

Насосная

Горизонт 41—-—- отработки

СХЕМА 3 Водовод

Металлический зумпф-накопител

Насосная

^Вскрытый горизонт

Рисунок 1 - Схемы водоотлива.

1-е расположением зумпфа на горизонте отработки (одноступенчатая схема); 2-е подготовкой зумпфа путем перебура рабочего горизонта (двухступенчатая схема); 3-е расположением зумпфа на нижележащем горизонте отработки, подготовленном опережающим вскрытием (двухступенчатая схема), где Ь3.о |, Ьз о 2, Ь1о 3.- зоны обслуживания одной стоянки

водоотлива.

Практика эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров показывает, что с понижением горных работ неуклонно уменьшаются размеры рабочей зоны карьера. Это, в конечном счете, приводит к трудностям размещения комплекса водоотливных сооружений, особенно с большими размерами зумпфа, и является одной из причин снижения производительности добычной техники. В связи с этим, уровень занятости карьерного пространства под КВС рекомендуется оценивать коэффициентом, характеризующимся отношением площади, занимаемой водоотливными установками, к площади дна карьера;

тг _ $ком.

кз.п.~-^-, (1)

ДНА

где Бком. - площадь под КВС, м2; Бднл - площадь дна карьера, м2.

В результате горно-геометрического анализа установлено, что в соответствии с формой рудного тела и глубиной разработки, коэффициент занятости на карьерах АК «АЛРОСА» («Удачный», «Зарница», «Нюрбинский») имеет значения от 0,12*10 3 до

Показано, что с увеличением глубины отработки данный показатель увеличивается в 4-16 раз при одноступенчатой схеме водоотлива. Применение двухступенчатой схемы позволяет снизить уровень занятости в 3 - 9 раз. Так для карьера трубки «Нюрбинская» (рис. 2) наиболее интенсивно влияние глубины отработки на изменение занятости карьерного пространства под КВС проявляется с отметок ниже 200 м. Из рисунка 2 следует, что до глубины 300 м применение двухступенчатой схемы обеспечивает уровень занятости в 1,8 раза меньше, чем при одноступенчатой схеме.

Для оценки влияния уровня занятости карьерного пространства под КВС на производительность горных машин в работе был использован показатель стесненности рабочей зоны (Ксз.) (Андросов А.Д., 1994 г.), характеризующий негативное влияние уровня стесненности рабочей зоны на производительность экскаватора на 1 м3 емкости ковша (Пчк):

КС., = Д/Н, (2)

где Д - диаметр карьера по дневной поверхности, м; Н - глубина карьера, м.

Производительность экскаватора на 1 м3 емкости ковша, в зависимости от Кс 3, рассчитывается по формуле:

П„к = -1,82 +55,48 Ксг. (3)

Проведенный анализ показывает, что коэффициент стесненности на глубоких горизонтах карьеров АК «АЛРОСА» изменяется от 2,0 до 3,6, причем наибольшая производительность экскаваторов соответствует показателю стесненности, равному 3,6.

Используя зависимость производительности экскаватора от стесненности рабочей зоны (3), в работе установлена взаимосвязь производительности экскаватора на 1 м3 емкости ковша (Пчк) с занятостью карьерного пространства под КВС (рис. 3), которая описывается эмпирическим выражением:

П,к = 23,127*К1п "0'5, м'/год . (4)

Глубина отработки, м

Рисунок 2 - Изменение занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями с глубиной отработки карьера трубки «Нюрбинская». 1 -одноступенчатая схема; 2 - двухступенчатая схема.

500 400 300 200 100 0

Щк = 23,127Кз.п."<|'5 №=0,83

Из представленной зависимости (4) и рисунка 3 следует, что с увеличением уровня занятости в 4 раза, с 0,005 до 0,02, производительность экскаватора на 1 м3 емкости ковша снижается на 30%.

Исследованиями влияния типов схем водоотлива на уровень занятости рабочей зоны карьера под КВС установлено, что применение одноступенчатой схемы с большими размерами зумпфа, расположенном на горизонте установки, ведет к увеличению показателя занятости карьерного пространства под КВС и, как следствие, к существенному снижению производительности экскаватора на 1 м3 емкости ковша. Применение двухступенчатой схемы водоотлива позволяет увеличить производительность экскаватора в 1,1 - 1,4 раза в зависимости от параметров карьера и глубины его отработки, за счет меньшей площади, занимаемой под КВС (рис. 4). а) б)

0 0,01 0,02 0,03 0,04 Коэффициент занятости Кз.п.

Рисунок 3 - Взаимосвязь производительности экскаватора на 1 м3 емкости ковша с занятостью карьерного пространства под КВС.

600 500 400 а 300

Я 200 В 100

♦ 11Чк1 ■ Пцк2

\

А проектная Пдк

* - '—1

100 150 200 250 300 Глубина отработки, м.

350

1100 950 800 650 500 350 200 50

♦ Пцк1 ■ Щк2 А проектная Пак

150 250 350 450 550 650

Глубина отработки, м.

в)

Рисунок 4 - Взаимосвязь производительности экскаватора на 1 м3 емкости ковша с глубиной отработки карьеров: а - «Нюрбин-ский»; б - «Удачный»; в - «Зарница». 1 - одноступенчатая схема; 2 - двухступенчатая схема.

§ 650

I 550 450

и

¡5 350 i 250 С 150

■ ПЧк2

* проектнаяТ1дк

150 250

Глубинаотработки, м.

-1

450

Для различных карьеров существенное влияние комплекса водоотливных сооружений на производительность экскаватора начинается с разных глубин ведения горных работ вследствие различия геометрических параметров кимберлитовых трубок.

Из горно-геометрического анализа условий отработки ряда кимберлитовых карьеров Якутии с использованием зависимости (4) следует, что при одноступенчатой схеме водоотлива для карьера «Нюрбинский» эта глубина составляет 255 м (рис. 4). С этой глубины требуемый уровень производственной мощности карьера уже не обеспечивается, и, на конец отработки карьера производительность экскаватора на 1 м3 емкости ковша, по сравнению с проектной, упадет в 1,5 раза. Для карьера «Удачный» это глубина 500 м. На конец отработки, до глубины 610 м, падение производительности произойдет в 1,4 раза. Для карьера «Зарница» снижение производительности экскаватора на 1 м3 емкости ковша по причине занятости карьерного пространства под КВС начнется с глубины 360 м и до конца отработки составит 1,3 раза.

При двухступенчатой схеме водоотлива (схема 2, 3, рис. 4) на карьерах «Удачный» и «Зарница» снижение производительности не произойдет по причине больших размеров дна этих карьеров, а на карьере «Нюрбинский» снижение производительности добычных машин до проектной глубины отработки незначительное и составит всего 8 %.

Из рисунка 1 следует, что та или иная схема водоотлива характеризует соответствующие объемы добытой рудной массы с одной стоянки КВС, находящиеся в зоне обслуживания водоотливных сооружений. При схеме с расположением зумпфа на горизонте отработки и при схеме с подготовкой зумпфа путем перебура рабочего горизонта высота зоны обслуживания равна высоте уступа (Ь3 01, г= Ьуст ); при схеме с расположением зумпфа на нижележащем горизонте отработки, подготовленном опережающим вскрытием, высота зоны обслуживания равна высоте двух уступов (Ьзо3 = 2Ьуст.).

Применение схемы водоотлива с расположением зумпфа на нижележащем горизонте, подготовленном опережающим вскрытием, позволяет существенно увеличить объем добываемой руды с одной стоянки КВС. В качестве примера на рисунке 5 приведен один из графиков изменения объемов добычи рудной массы с глубиной отработки для условий эксплуатации карьера «Нюрбинский», откуда следует, что использование схемы 3 по отношению к схемам 1 и 2, позволяет увеличить объем добываемой руды с одной стоянки КВС до двух раз.

Объем добычи рудной массы с одной стоянки КВС определяет количество их перестановок и время простоев водоотлива по этой причине за весь срок отработки карьера. Больше всего простоев водоотлива в период монтажа-демонтажа комплекса водоотливных сооружений приходится на схемы с расположением зумпфа на горизонте отработки и с подготовкой зумпфа перебуром рабочего горизонта (схемы 1 и 2, рис. 6).

100 150 200 250 Глубина отработки, м

300

Рисунок 5 - Изменение объемов добычи рудной массы в период между перестановками и времени их отработки с глубиной ведения горных работ карьера «Нюрбинский».

При схеме водоотлива с расположением зумпфа на нижележащем горизонте, подготовленном опережающим вскрытием (схема 3, рис. 6), простои на монтаж-демонтаж водоотлива сокращаются до двух раз за счет увеличения подготовленных объемов руды в период между перестановками.

Таким образом, показано, что применение той или иной схемы водоотлива предопределяет объемы добытой рудной массы с одной стоянки КВС, число перестановок водоотливных установок и простои водоотлива в период монтажа-демонтажа во время эксплуатации карьера, а также уровень занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями. Все эти показатели изменяются по мере увеличения глубины отработки карьера.

Снижение производительности экскаватора, связанное с занятостью карьерного пространства под КВС на глубоких горизонтах, ведет к увеличению срока отработки карьера и снижению его производственной мощности, простоям дорогостоящего горнотранспоргного оборудования.

Для рассматриваемых карьеров в работе определены потери производительности и увеличение срока отработки карьера по фактору уровня занятости карьерного пространства под КВС:

- для карьера «Удачный», за 7 лет отработки с глубины 505 до 610 м, при одноступенчатой схеме уменьшение производительности на 1 экскаватор составит 8,3 млн.т. При средней производительности карьера по руде 6,5 млн.т/год снижение производственной мощности повлечет за собой увеличение срока отработки карьера

100 150 200 250 Глубина отработки, м.

Рисунок 6 - Изменение количества перестановок комплекса водоотливных сооружений и простоев водоотлива с глубиной отработки и типом применяемой схемы на карьере «Нюрбинский».

на 1,3 года Применение двухступенчатой схемы влияния на производительность добычных машин не окажет;

- для карьера «Зарница», с глубины 350 до 400 м, при одноступенчатой схеме суммарные потери производительности на 1 экскаватор составят 3,8 млн.т. При средней производительности карьера по руде 5 млн.т./год снижение производственной мощности повлечет за собой увеличение срока отработки карьера на 0,8 года. Схемы с расположением зумпфа на нижележащем горизонте, подготовленном опережающим вскрытием и путем перебура рабочего пространства, не окажут существенного влияния на производственную мощность карьера для данных условий отработки;

- для карьера «Нюрбинский», при одноступенчатой схеме с глубины 255 м до конца отработки, снижение производительности на экскаватор составит - 3,3 млн.т., при двухступенчатой схеме - 0,4 млн.т., что сопровождается увеличением срока отработки, соответственно, на 2,8 и 0,3 года при средней производительности карьера по руде 1,2 млн.т./год.

Таким образом, применение двухступенчатой схемы водоотлива, с меньшими размерами зумпфа, на карьерах «Удачный» и «Зарница» не окажет влияния на срок отработки карьера, а на карьере «Нюрбинский» позволит сократить срок отработки -на 2,5 года.

На увеличение срока отработки карьера также влияют простои водоотлива на монтаж-демонтаж комплекса водоотливных сооружений.

Расчетным путем установлено, что наибольшее увеличение срока отработки карьера по фактору простоев водоотлива присуще схемам с расположением зумпфа на горизонте отработки и с подготовкой зумпфа путем перебура рабочего горизонта, а наименьшее - схеме с расположением зумпфа на нижележащем горизонте, подготовленном опережающим вскрытием. Последняя схема обеспечивает минимальные простои карьера, связанные с перемещением КВС и наименьшую занятость карьерного пространства под водоотливными сооружениями (табл. 1).

Таблица 1 - Срок отработки карьера.

Увеличение срока отработки карьера, лет

Карьер По фактору занятости карьерного пространства, лет По фактору простоев водоотлива, лет Итого, лет (%)

Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 1 Схема 2 Схема 3

Удачный 1,3 it п 0,4 0,4 0,2 1,7 (4,3)1 0,4(1,0) 0,2 (0,5)

Зарница 0,8 1Г 0,2 0,2 0,1 1,0 (4,0) 0,2 (0,8) 0,1 (0,4)

Нюрбинский 2,8 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 3,0 (20,0) 0,5 (3,3) 0,4(2,7)

Второе положение, выносимое на защиту: Методика выбора технологической схемы водоотлива, отличающаяся тем, что обоснование показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» производится с учетом их зависимости от глубины горных работ и геометрических параметров карьеров. Методика позволяет принимать обоснованные решения по обустройству комплекса водоотливных сооружений для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, обеспечивающие снижение себестоимости добычи руды на 0,3 - 1,5% и повышение производственной мощности карьера по руде до 4%.

Разработанная методика выбора рациональной схемы водоотлива, основанная на комплексном подходе, учитывающая закономерности совокупного влияния технологических и организационных факторов системы «водоотлив-карьер» на производственную мощность карьера с глубиной отработки иллюстрируется рисунком 7. Согласно рисунку 7 выполняются следующие этапы расчета: Изучение объекта. Выполняется анализ горно-геометрических параметров карьера (размеры его в плане, глубина, ведение работ этапами и т.п.), для сравнения принимаются несколько исходных вариантов технологических схем водоотлива, с учетом планируемых водопритоков подземных и поверхностных вод в карьер, обосновывается пространственное расположение КВС.

Оценка влияния уровня занятости на производительность добычного оборудования. Для рассматриваемых схем водоотлива определяется площадь, занимаемая водоотливными сооружениями. Рассчитывается коэффициент занятости под КВС по формуле (1). Производительность экскаватора на 1 м3 емкости ковша определяется по установленным зависимостям (рис. 4) и выражению (4) от глубины ведения горных работ.

Оценка объемов добытой рудной массы и времени их отработки. Рассчитываются объемы руды, находящиеся в зоне обслуживания одной стоянки КВС для каждой схемы (рис. 1).

Время отработки объемов рудной массы определяется по годовой производительности карьера по руде:

Т0,р = У,0. / С>год., лет, (5)

где Узо - объемы рудной массы, находящиеся в зоне обслуживания одной стоянки водоотлива, млн.т.; <3ГОД - производительность карьера по руде, млн.т/год.

Определение простоев водоотлива. Определяется количество перестановок КВС за весь срок существования карьера, исходя из высоты зоны обслуживания одной стоянки водоотлива. По количеству перестановок и времени, необходимого на монтаж-демонтаж водоотливных сооружений, рассчитывается время простоев водоотлива по формуле:

Тпросг.= Тм.дХЫпер., смен, (6)

где Т„.д - время, необходимое на производство монтажа-демонтажа, смен.; Нкр. - число перестановок.

Рисунок 7 - Технологические и организационные факторы системы «водоотлив-

карьер».

Определение срока эксплуатации карьера. С учетом заданной производственной мощности карьера по руде и ранее определенной производительности на экскаватор определяется глубина открытых работ, при которой начинается снижение производительности экскаватора.

Срок отработки карьера определяется с учетом полученных данных по производительности оборудования и простоев водоотлива на монтаж-демонтаж КВС.

Определение производственной мощности карьера. Изменение производственной мощности карьера определяется во взаимосвязи с увеличением срока отработки карьера по факторам занятости карьерного пространства под КВС и простоев водоотлива (см. табл. 1). Количественное значение этого изменения пропорционально увеличению срока отработки карьера. Так, в качестве примера, для условий отработки

карьера «Удачный», применение схемы 1 (табл. 1) увеличивает срок его эксплуатации на 1,7 года, что влечет за собой снижение производственной мощности карьера на 4,6%, а схемы 3 - на 0,6% при увеличении срока отработки карьера на 0,2 года.

Определение изменения себестоимости добычи руды. Экономическая эффективность той или иной схемы водоотлива определяется согласно методике (Куклина Е.А., 2005 г.). В ряде случаев определяют не всю себестоимость продукции, а только те элементы затрат, которые изменились под влиянием конкретного фактора. Изменение себестоимости готовой продукции под влиянием какого-либо нововведения в одном из звеньев технологического процесса:

лс=(/,-100)Х%! (7)

где У, - удельный вес работ по водоотливу в общей структуре себестоимости руды, по данным практики он составляет 8,7%; /, - индекс изменения себестоимости продукции или работ в / - том звене производственного процесса, %.

Применение схемы 1 (табл. 1) увеличивает проектный срок отработки карьера «Нюрбинский» (15 лет) на 3 года или на 20%. Применение схемы 3 - только на 0,4 года (2,7%). Таким образом, изменение срока отработки карьера составит 2,6 года или 17,3%, а индекс ^ составит 82,7%.

Применительно к выбору рациональной схемы водоотлива, на примере карьера «Нюрбинский», формула 7 приобретает следующий вид:

ДС=(82,7-100)8,7/100=- 1,5%.

Аналогично определяется снижение себестоимости добычи руды для карьеров «Удачный» и «Зарница», которое составляет - 0,3%.

Отсюда следует, что выбор схемы водоотлива осуществляется по максимальной производственной мощности и минимальному сроку отработки карьера во взаимосвязи с уровнем занятости карьерного пространства под КВС, простоями на монтаж-демонтаж установок и объемами добываемой рудной массы в период между перестановками КВС. Предложенная методика позволяет на стадии проектирования и эксплуатации обосновать и выбрать рациональную схему водоотлива глубоких обводненных кимберлитовых карьеров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе установленных закономерностей изменения показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» в зависимости от глубины и геометрических параметров карьера дано решение актуальной научно-практической задачи выбора и обоснования рациональной технологической схемы водоотлива на глубоких обводненных горизонтах кимберлитовых карьеров. Рациональная схема водоотлива обеспечивает снижение эксплуатационных затрат, уменьшение времени простоев карьера на монтаж-демонтаж водоотливных установок, уве-

личение объемов добычи руды с одной стоянки КВС, что позволяет повысить производственную мощность карьера и уменьшить срок его отработки.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Определены основные факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность функционирования системы «водоотлив-карьер», к которым относятся: уровень занятости карьерного пространства под водоотливными установками во взаимосвязи с производительностью экскаватора, простои на монтаж-демонтаж комплекса водоотливных сооружений, объемы добычи рудной массы между перестановками водоотливных сооружений и порядок обустройства КВС.

2. Установлена зависимость производительности экскаватора на 1 м3 емкости ковша от уровня занятости карьерного пространства под КВС с глубиной отработки. Показано, что существенное влияние присутствия комплекса водоотливных сооружений на производительность экскаватора для различных карьеров начинается с разных глубин ведения горных работ. В зависимости от параметров карьеров, глубины отработки, порядка обустройства КВС снижение производительности экскаватора может составить 1,1 - 1,5 раза, что, в конечном счете, влияет на производственную мощность карьера и срок его отработки.

3. Установлена взаимосвязь частоты перестановок водоотливных сооружений в зависимости от глубины отработки карьера и применяемой технологической схемы водоотлива. Определено, что рациональная схема водоотлива позволяет сократить число перестановок до двух раз за весь период отработки карьера.

4. Обоснован выбор рациональной схемы водоотлива по максимальной производственной мощности по руде и минимальному сроку отработки карьера.

5. Разработанная методика выбора технологической схемы водоотлива, учитывающая закономерности изменения показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» с глубиной ведения работ и типом применяемой схемы водоотлива, позволяет принимать обоснованные решения по обустройству комплекса водоотливных сооружений для условий глубоких кимберлитовых карьеров, позволяющие существенно повысить производственную мощность карьеров и снизить сроки их отработки.

Методика используется в учебном процессе по дисциплине «Процессы открытых горных работ» на кафедре открытых горных работ горного факультета СевероВосточного федерального университета им. М.К. Аммосова.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Алькова, Е.Л. Инженерные коммуникации как фактор занятости карьерного пространства / E.JI. Алькова, C.B. Панишев // Горн, информ.-аналит. бюллетень.-2002,- №11,- С. 167-169.

2. Алькова, ЕЛ. К вопросу о влиянии карьерного водоотлива на технологию отработки глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров / E.JI. Алькова, С.П. Альков //Горн, информ.-аналит. бюллетень.- 2004.- №7.- С.197-201.

3. Алькова, ЕЛ. К вопросу оценки эффективности способов осушения рабочей зоны глубоких обводненных горизонтов кимберлитовых карьеров / E.J1. Алькова // Горн, информ.-аналит. бюллетень.- 2007.- №5.- С.277-281.

4. Алькова ЕЛ., Повышение эффективности осушения глубоких кимберлитовых карьеров за счет рациональной схемы водоотлива / Е.Л. Алькова, С.П. Альков //Горн, информ.-аналит. бюллетень. Региональное прил. Якутия.- 2008,- №2.- С. 183187.

5. Алькова, ЕЛ. Методическое обоснование выбора рациональной схемы водоотлива в условиях кимберлитовых карьеров. / Е.Л. Алькова, C.B. Панишев, С.А. Ермаков // Горн, информ.-аналит. бюллетень. 2010,- №10.- С.192-198.

В прочих научных изданиях:

6. Алькова, ЕЛ. К проблеме рационального и безопасного размещения инженерных коммуникаций при разработке глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров / ЕЛ. Алькова // «Образование. Общество. Технический прогресс»: тезисы докладов научно-практической конференции, посвящ. 5-летию Мирнинского филиала ЯГУ им. М.К. Аммосова, г. Мирный, 1999 г.- Мирный, 1999. - С.113.

7. Алькова, ЕЛ. О влиянии инженерных коммуникаций на технологию отработки глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров / Е.Л. Алькова, С.П. Альков // Кундэл: науч.-информ. сб.- 1999.- №4-5.- С.69-70.

8. Алькова, ЕЛ. Исследование и разработка схем водоотлива глубоких кимберлитовых карьеров / Е.Л. Алькова, С.П. Альков // Вестник Якутского государственного университета- 2005,- №4.-Т.2.- С.9-12.

9. Алькова, ЕЛ. Исследование факторов, влияющих на формирование схем водоотлива глубоких кимберлитовых карьеров / Е.Л. Алькова // «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозо-ны»: труды Международной научно-практической конференции, г. Якутск, 14-17 июня 2005 г.- Якутск: Изд-во ИМЗ им. П.И.Мельникова СО РАН, 2005.-Т.1.- С.213-215.

10. Алькова, ЕЛ. Технико-экономическая оценка схем водоотлива / Е.Л. Алькова, C.B. Панишев // «Безопасность горного производства в республике Саха (Якутия)»: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвящ. 70-летию доктора технических наук, профессора, действительного члена АГН РФ E.H. Чемезова, г. Якутск, 22-24 апр.- 2008 г.- Якутск: Изд-во ЯГУ, 2008,- С.68-70.

11. Алькова, ЕЛ. Выбор рациональной схемы водоотлива в условиях кимберлитовых карьеров / Е.Л. Алькова, C.B. Панишев, С.А. Ермаков // «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений»: труды Международной научно-практической конференции, г. Мирный, 11-15 апр.-2011 г.- Новосибирск: Наука, 2011,- С.26-29.

/

/ (

Подписано в печать 12.01.2012. Формат 60x84/16. Усл. печ. л.1.16. Тираж 100. Заказ 04

ООО «Цумори Пресс», 677000, г. Якутск, ул. Губина, 33 тел. 759131 e-mail: tsumoripress@yandex.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Алькова, Елена Леонидовна, Якутск

61 12-5/1829

Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Севера им. Н.В.Черского Сибирского отделения РАН

На правах рукописи

Алькова Елена Леонидовна

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ВОДООТЛИВА НА КИМБЕРЛИТОВЫХ КАРЬЕРАХ ЯКУТИИ

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и

строительная)»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук С.В. Панишев

Якутск - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ

ЗД ДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 10

1.1 Практика осушения обводненных горизонтов карьеров 10

1.2 Состояние работ в области осушения алмазодобывающих карьеров

АК «АЛРОСА» 21

1.3 Анализ научных и проектных разработок в области отработки обводненных месторождений 39 Выводы и задачи исследований 50

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ СХЕМ ВОДООТЛИВА

С ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ОТРАБОТКИ КАРЬЕРА ПО ГЛУБИНЕ 53

2.1 Взаимосвязь производительности добычного оборудования с

уровнем стесненности рабочей зоны 53

2.2 Исследование влияния обустройства технологической схемы водоотлива на уровень занятости карьерного пространства 55

2.3 Взаимосвязь уровня занятости карьерного пространства под комплексом водоотливных сооружений с производительностью экскаватора 61

2.4 Оценка объемов рудной массы добытых в период между перестановками водоотливных сооружений при различных технологических схемах водоотлива 73

2.5 Расчет числа перестановок комплекса водоотливных 79 сооружений

2.6 Оценка протяженности магистрального трубопровода в зависимости от конструкции борта карьера и глубины горных работ 81 Выводы 91

3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТИПОВЫХ СХЕМ ВОДООТЛИВА 94

3.1 Оценка простоев водоотлива на монтаж-демонтаж

водоотливных сооружений 94

3.2 Оценка влияния технологической схемы водоотлива на срок отработки карьера 99

3.3 Оценка влияния обустройства технологической схемы водоотлива на производственную мощность карьера и себестоимость добычи

руды 103

3.4 Расчет экономической эффективности технологических схем водоотлива 105 Выводы 111 4 МЕТОДИКА ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ВОДООТЛИВА ДЛЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЛУБОКИХ КИМБЕРЛИТОВЫХ КАРЬЕРОВ 113

4.1 Общие положения методики 113

4.2 Изучение объекта 114

4.3 Технологические схемы водоотлива, применяемые на карьерах 116

4.4 Оценка влияния уровня занятости на производительность

добычного оборудования 118

4.5 Оценка объемов добытой рудной массы и времени их отработки 120

4.6 Определение простоев водоотлива 121

4.7 Определение срока эксплуатации карьера 121

4.8 Определение производственной мощности карьера и себестоимости добычи руды 123 Выводы 125 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126 ЛИТЕРАТУРА 128 ПРИЛОЖЕНИЕ 140

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Разработка штокообразных глубоких залежей полезных ископаемых, какими являются кимберлитовые трубки с малыми размерами и округлой формой в плане, отличается от других тем, что вскрытие рабочих горизонтов производится в течение всего периода эксплуатации месторождения. При этом по мере развития горных работ в глубину, транспортные и инженерные коммуникации постоянно переносятся до момента подхода уступов к конечному контуру карьера для обеспечения определенной последовательности отработки слоев. Все главные параметры карьера, масштабы горных работ и технология определяются конечной глубиной карьера.

Целый ряд кимберлитовых карьеров Якутии, находящихся в стадии эксплуатации, характеризуется наличием одного или нескольких водоносных горизонтов с водопритоками различной интенсивности (от 85 до 1200 м3/час). Поступающая в карьеры вода обладает высокой минерализацией (до 400 г/л) и имеет свойства рассола, то есть весьма агрессивной среды. Промышленная и экологическая безопасность ведения горных работ требует непрерывной откачки поступающих в карьер вод, что обеспечивается применением сложных многоступенчатых схем водоотлива.

Эффективность схем водоотлива карьеров в период их строительства и эксплуатации устанавливается соответствующими техническими и гидрогеологическими расчетами по критерию соответствия производительности насосов и максимального расчетного суточного притока дождевых и подземных вод. В то же время, в существующих расчетных методиках не учитываются такие важные технологические характеристики схем водоотлива, как уровень занятости карьерного пространства под комплексом водоотливных сооружений (КВС), возможные простои водоотлива в период монтажа-демонтажа и количество перестановок КВС во взаимосвязи с глубиной отработки карьеров, производитель-

ностью экскаваторов, порядком и условиями формирования рабочих зон для горнотранспортного оборудования.

Все производственные процессы на горных работах являются взаимосвязанными, поэтому показатели эффективности технологической схемы водоотлива необходимо рассматривать с точки зрения единой системы «водоотлив-карьер».

Таким образом, обоснование и выбор рациональной схемы водоотлива, обеспечивающей повышение производственной мощности карьера, ритмичность работы и сокращение срока его отработки, является актуальной научной и практической задачей.

Работа выполнена в рамках поисковой темы «Исследование влияния технологии горных работ на формирование инженерных коммуникаций при разработке глубоких горизонтов карьеров» (2002-2007 гг.) и в соответствии с планами НИР ИГДС СО РАН по проекту 7.7.3.3. «Разработка концепции и основ конструирования эффективных геотехнологий освоения и сохранения недр криолитозоны, в том числе адаптированных к кластерной организации рудного вещества» (№ гос. per. 01.2.007.06516, 2007-2009 гг.), проекту VII.60.4.2. «Разработка основ новых геотехнологий эффективного освоения месторождений кластерного строения в условиях криолитозоны» (№ гос. per. 01.2.010.50749, 2010-2011 гг.).

Целью работы является повышение эффективности отработки глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров в условиях повышенных водопритоков в выработанное пространство на основе обоснования и выбора рациональной технологической схемы водоотлива.

Основная идея работы заключается в использовании установленных закономерностей совокупного влияния технологических и организационных факторов системы «водоотлив-карьер» на производственную мощность карьера в зависимости от его геометрических параметров и глубины отработки для обоснования и выбора рациональной схемы водоотлива.

Задачи исследований:

- выявить и обосновать основные факторы (технологические, организационные, технические и др.), оказывающие существенное влияние на эффективность системы «водоотлив-карьер» при различном порядке обустройства водоотливных сооружений;

- исследовать зависимость производительности экскаватора от уровня занятости карьерного пространства под водоотливными установками и частоты их перестановок (монтажа-демонтажа) с глубиной отработки карьера и типом технологической схемы водоотлива;

- оценить объемы добычи рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений для различных технологических схем водоотлива;

- разработать методику выбора рациональной технологической схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, учитывающую взаимосвязи обустройства КВС с уровнем занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями, простоями водоотлива на монтаж-демонтаж и объемами добытой рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений, в зависимости от глубины отработки.

Объектом исследований являются глубокие кимберлитовые карьеры, эксплуатируемые в условиях повышенных водопритоков.

Предмет исследования - технологические и организационные факторы, влияющие на выбор рациональной схемы водоотлива глубоких обводненных карьеров.

Методы исследований: анализ и научное обобщение литературных источников и существующего опыта эксплуатации глубоких карьеров, графоаналитический, горно-геометрический и технико-экономический анализ, математическая обработка результатов исследований.

На защиту выносятся:

- Критерии эффективности функционирования системы «водоотлив-карьер», определяемые обустройством КВС во взаимосвязи с уровнем занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями, простоями водоотлива на монтаж-демонтаж и объемами добытой рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений в зависимости от глубины отработки.

- Методика выбора технологической схемы водоотлива, отличающаяся тем, что обоснование показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» производится с учетом их зависимости от глубины горных работ и геометрических параметров карьеров. Методика позволяет принимать обоснованные решения по обустройству комплекса водоотливных сооружений для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, обеспечивающие снижение себестоимости добычи руды на 0,3 - 1,5% и повышение производственной мощности карьера по руде до 4%.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлены и обоснованы основные факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность функционирования системы «водоотлив-карьер»: уровень занятости карьерного пространства под КВС, простои на монтаж-демонтаж водоотливных установок, количество перестановок и объемы добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений;

- установлены зависимости изменения показателя занятости карьерного пространства под водоотливными установками, частоты монтажа-демонтажа КВС и объемов добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений от глубины ведения горных работ и порядка обустройства применяемой технологической схемы карьерного водоотлива;

- установлена взаимосвязь производительности добычных машин с уровнем занятости карьерного пространства и глубиной отработки;

- разработана методика выбора рациональной схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, отличительной особенностью которой является комплексный подход, учитывающий закономерности изменения показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» с глубиной ведения горных работ и типом применяемой технологической схемы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается корректной постановкой задач, сходимостью расчетных данных при использовании графоаналитического и горногеометрического методов анализа с фактическими данными эксплуатации.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования установленных закономерностей и разработанной методики для выбора рациональной схемы водоотлива глубоких обводненных карьеров на стадии их проектирования и эксплуатации, что позволяет повысить производительность карьера по руде и сократить срок его отработки.

Личный вклад автора состоит:

- в постановке цели, задач исследования, сборе, обработке, анализе статистических данных;

- в установлении закономерностей изменения уровня занятости карьерного пространства под КВС, частоты монтажа-демонтажа водоотливных установок и объемов добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений в зависимости от глубины отработки карьера и порядка обустройства применяемой технологической схемы водоотлива;

- в технико-экономической оценке эффективности функционирования системы «водоотлив-карьер» с учетом основных факторов, определяющих выбор рациональной технологической схемы водоотлива;

- в разработке методики выбора рациональной технологической схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких обводненных кимберлитовых карьеров.

Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2002, 2004, 2007 гг.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны» (г. Якутск 14-17 июня 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» (г. Мирный, 11-15 апреля 2011 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти чл.-корр. РАН Новопашина М.Д. «Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России» (г. Якутск, 13-15 сентября 2011 г.); научных сессиях и заседаниях ученого совета ИГДС СО РАН.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных статьях, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 108 наименований, приложения, содержит 141 страницу машинописного текста, в том числе 34 рисунка, 27 таблиц.

1 АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Практика осушения обводненных горизонтов карьеров

Целый ряд кимберлитовых карьеров Якутии, находящихся в стадии интенсивной эксплуатации, характеризуется не только наличием водоносных горизонтов с водопритоками различной интенсивности, но и имеют большие глубины отработки. Им также присущи проблемы глубоких карьеров: значительное увеличение объемов вскрышных работ и соответственно текущего коэффициента вскрыши, сокращение ширины рабочих площадок и, как следствие, размеров рабочей зоны карьера на больших глубинах, уменьшение резервов подготовленных к выемке запасов, проявление тенденции к сокращению длины рабочего фронта и уменьшение производительности карьеров по руде. Концентрация в ограниченном пространстве выемочно-погрузочной техники обуславливает необходимость внедрения мобильного и высокопроизводительного оборудования [1-Ю]. Серьезную проблему при ведении открытых горных работ представляет своевременное осушение месторождения, правильное расположение дренажных скважин.

На карьере «Вестфильд» (Великобритания) [11] осушение производится следующим образом: дренируемая вода подается в один из двух главных водосборников с помощью небольших насосов с дизельным двигателем, а затем насосами вода нагнетается в отстойник. Дренируемая вода содержит большое количество абразивных механических примесей, поэтому в связи с увеличением глубины разработки, была принята система ступенчатого водоотлива, позволившая отказаться от высоконапорных насосов, путем направления воды в металлические резервуары, установленные через каждые 36,6 м.

Для буроугольных карьеров ФРГ [12] характерна большая мощность вскрыши и большая площадь участков с тектоническими нарушениями, что

предопределяет необходимость разработки угольных пластов высокими уступами. Безопасность ведения горных работ обеспечивается полным осушением пород вскрыши и угольных пластов, так как необходимо устранение артезианского гидростатического давления с почвы пласта. Для предотвращения поступления притоков поверхностных вод в карьерное пространство предусматривается систематический дренаж по заранее намеченной схеме на всей площади карьера.

Осушение района Нижнего Рейна в Германии осуществляется глубокими скважинами, так как самые нижние уступы карьеров находятся на глубине 250 м от уровня поверхности. На западе Эрфтской долины залегают рыхлые пески и гравий, перемежающийся со слоями глины, поэтому уровень грунтовых вод понижается до глубины 250 - 300 м, что позволяет осушить прилегающий к карьеру участок длиной до 20 км. Необходимое понижение уровня грунтовых вод осуществляется через глубокие фильтрационные скважины погружными насосами, мощность приводов которых достигает 1000 квт. Погружные насосы рассчитаны на фильтрационные скважины, минимальный диаметр которых составляет 800 мм. Скважины бурят буровыми станками для глубокого бурения при использовании эрлифтов, диаметр в проходке 2 м. Максимальная глубина скважин 500 м.

На карьере «Фортуна» пробурено более 200 фильтрационных скважин, 180 из которых постоянно действуют. В настоящее время число постоянно действующих скважин в районе Нижнего Рейна составляет около 550. Уровень грунтовых вод понижается до отметки, находящейся на 50 м ниже самого глубокого горизонта на карьере.

На карьерах Канады, США, Германии осушение месторождений, как правило, происходит с помощью вертикальных водопонижающих скважин, оснащенных погружными насосами или с применением подземного трубопровода. Известны случаи применения на карьерах замораживающей перемычки для защиты от поступающей воды (Tholl Jürgen, 1992 г.).

Олимпиадинское золоторудное месторождение [13].

Гидрогеологические услов�