Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование схем рудопотоков при комбинированной разработке рудных месторождений

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование схем рудопотоков при комбинированной разработке рудных месторождений"

На правах рукописи

005003643

ДЕВЯТЕНЬ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ СХЕМ РУДОПОТОКОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

2 4 НОЯ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2011

005003643

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Казикаев Джек Мубаракович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Малкин Анатолий Степанович

кандидат технических наук Милкин Дмитрий Александрович

Ведущая организация: ФГУП «Гипроцветмет» (г. Москва)

Защита диссертации состоится « 13 » декабря 2011 г. в 11ш часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан «11» ноября 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Агафонов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время широкое развитие получил комбинированный открыто-подземный способ разработки рудных месторождений. Несмотря на то что этот способ разработки, как правило, обеспечивает наиболее полное извлечение запасов из недр, позволяет существенно повысить интенсивность освоения месторождения, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, существует ряд особенностей, которые позволяют повысить эффективность этого способа в целом. Так, при комбинированной разработке актуальными являются вопросы снижения эксплуатационных и капитальных затрат при транспортировке рудной массы в различных совмещениях открытых и подземных добычных работ как в пространстве всего месторождения, так и во времени. Например, при открытых горных работах доля эксплуатационных затрат на перемещение рудопотоков горной массы достигает до 55 - 60 % и более от общей себестоимости добычи полезного ископаемого.

Одним из путей снижения эксплуатационных затрат на перемещение грузопотоков из карьера является рациональное формирование их по рудной массе за счет использования подземных горных выработок рудника, которые неизбежно приведут к изменению направления и длины внутрикарьерного транспортирования и соответственно объемов рудопотоков и общей транспортной схемы горного предприятия. Оптимизация транспортной схемы предприятия на открытых и подземных горных работах должна производиться с учетом формирования требуемого качества рудных потоков. Следует отметить, что качество добываемого сырья является одним из важнейших аспектов эффективной работы системы рудник - обогатительная фабрика. При этом способы управления качеством добываемого сырья оказывают существенное влияние на выбор транспортной схемы за счет оптимизации планирования и организации горных работ, рационального сочетании валовой и селективной выемки, обоснования показателей

процессов стабилизации, сортировки и сепарации рудной массы. Необходимость учета влияния многочисленных факторов представляет собой сложный комплекс оптимизации проектных технологических решений с использованием приемов логистики, основанной на количественных оценках вариантов, исключающих или уменьшающих значение субъективных факторов, так как горное производство характеризуется капиталоемкостью и инертностью.

Кроме того, при оптимизации схемы транспортирования рудопотоков необходимо учитывать, что при монотехнологиях развитие добычных горных работ осуществляется, как правило, в горизонтальной плоскости (например, в карьере горные работы в пределах уступа ведутся от фланга к центру, либо же от центра к флангам и т.д., в подземном руднике в пределах одного или несколько этажей с различным ведением очистных работ), поэтому геомеханические факторы учитываются также в горизонтальной плоскости. Геомеханическое и технологическое взаимовлияние открытых и подземных горных работ при комбинированной разработке должно учитываться не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном (так называемые вертикальные слои). Количественная оценка такого взаимовлияния при оптимизации технологических решений применительно к комбинированному способу разработки в настоящее время проработана слабо.

В связи с этим обоснование схем рудопотоков при проектировании комбинированной разработки рудных месторождений для снижения транспортных расходов и управления качеством руды является актуальной научной задачей.

Цель работы состоит в обосновании методики оптимизации технологических решений управления рудопотоками при комбинированной разработке, позволяющих минимизировать капитальные и эксплуатационные затраты.

Идея работы заключается в том, что существенное повышение эффективности комбинированной разработки рудных месторождений может быть достигнуто путем совместной оптимизации схем рудопотоков на открытых и подземных горных работах с учетом их взаимовлияния при выдаче рудной массы на поверхность единым потоком.

Основные задачи исследований:

- определение эффективности совместных схем транспортирования рудной массы из карьера и подземных разработок;

- оптимизация капитальных и эксплуатационных затрат добычи руды от изменяющихся горно-геологических и горнотехнических условий в процессе очистной выемки в карьере и подземном руднике;

- оптимизация управления качеством рудных потоков в условиях взаимного влияния открытых и подземных горных работ;

обоснование и корректировка методики оптимизации транспортирования рудной массы.

Научные положения, выносимые на защиту:

- наибольшее позитивное взаимовлияние открытых и подземных технологий и минимальные эксплуатационные затраты на транспортировку рудной массы достигаются в условиях одновременной комбинированной схемы разработки;

- перепуск рудной массы карьера в коммуникации подземного рудника позволяет минимизировать транспортные расходы открытой разработки;

объединение рудопотоков карьера и подземного рудника способствует более эффективному управлению качеством добываемой руды.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

- установлена технологическая и экономическая эффективность перепуска карьерной рудной массы в подземные транспортные коммуникации и выдачи на поверхность совместно с подземной рудной массой;

- показано, что при комбинированной разработке повышается эффективность управления качеством добываемой рудной массы с учетом неравномерности распределения по содержанию запасов на месторождении и различной себестоимости добычи на разных вертикальных уровнях;

- обоснована и разработана методика оптимизации транспортирования рудной массы при одновременной открыто-подземной разработке.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены:

- применением современных методов линейного программирования, геомеханики и экономической теории;

- использованием современных методов исследования процессов применительно к условиям комбинированной разработки рудных месторождений;

- корректностью постановки задач исследований и решением их с использованием компьютерных методов;

- разработкой программного комплекса для решения оптимизационных

задач.

Научное значение работы состоит в совершенствовании научно-методической базы формирования схем транспортирования и управления качеством рудной массы; в дальнейшем развитии теории проектирования комбинированной разработки месторождений с целью повышения ее эффективности.

Практическое значение работы заключается в обосновании объединения рудопотоков карьера и подземного рудника в единый транспортный поток, позволяющий использовать современные методы и способы транспортирования и управления качеством добываемых руд, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, а также повысить эффективность комбинированной открыто-подземной разработки.

Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 4 работах.

Реализация результатов работы. Разработанная методика минимизации капитальных и эксплуатационных затрат при комбинированной разработке рудных месторождений реализована в проектных решениях ОАО «ВИОГЕМ» на объектах черной и цветной металлургии, а также результаты исследований используются в учебном процессе Московского государственного горного университета.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на конференциях в рамках «Недели горняка», МГГУ (2008-2011 гг.), на научных семинарах кафедры ТПР МГГУ (2008-2011 гг.), на 11-м Международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях», г. Белгород, 23-27 мая, 2011 года.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, библиографического списка из 73 наименований, содержит 29 рисунков, 6 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю - проф., д-ру техн. наук Д.М. Казикаеву, за помощь в работе над диссертацией и консультации, а также чл.-кор. РАН Д.Р. Каплунову, проф., д-ру техн. наук И.Н. Савичу и сотрудникам кафедры «Технологии подземной разработки рудных и нерудных месторождений» МГГУ за ценные замечания и рекомендации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время широкое развитие получил комбинированный открыто-подземный способ разработки рудных месторождений, который

обеспечивает наиболее полное извлечение запасов из недр, позволяет существенно повысить интенсивность освоения месторождения, снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

Вопросам комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых посвящены труды академиков РАН М.И. Агошкова, Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, члена-корреспондента РАН Д.Р. Каплунова, профессоров Б.П. Боголюбова, A.C. Ворошока, Ю.В. Демидова, П.Э. Зуркова, Д.М. Казикаева, В.Н. Калмыкова, В.В. Куликова, Г.Г. Ломоносова, A.C. Малкипа, Г.М. Малахова, М.Г. Новожилова, М.В. Рыльниковой, И.Т. Слащилина, В.И. Терентьева, А.Д. Черных, В.А. Шестакова, М.Ф. Шнайдера, В.А. Щелканова, Б.В. Юматова и многих других ученых и инженеров. В этих работах большое внимание уделяется качеству добываемых руд, которое является одним из важнейших аспектов комплексного освоения месторождений. При этом способы управления качеством добываемого сырья оказывают существенное влияние на выбор транспортной схемы за счет оптимизации планирования и организации горных работ, рационального сочетания валовой и селективной выемки, обоснования показателей процессов стабилизации, сортировки и сепарации рудной массы. Применение различных способов управления качеством рудной массы во многом определяет качественно-количественные характеристики формирующихся рудопотоков. В известных методиках отсутствуют решения по обоснованию рациональных параметров рудопотоков при комбинированной открыто-подземной разработке. Увеличение объемов производств, ухудшение горно-геологических условий, дальнейшее развитие техники, повышение требований к максимальному использованию недр требует совершенствования существующих решений. Поэтому тема диссертационной работы «Обоснование схем рудопотоков при комбинированной разработке рудных месторождений» является актуальной для горнорудной промышленности.

Особенность комбинированной разработки заключается в том, что в результате взаимовлияния технологий открытых и подземных разработок изменяются сложившиеся принципы управления рудопотоками.

Базируясь на общих схемах отработки месторождений комбинированным открыто-подземным способом и анализируя направления взаимовлияния этих двух технологий, целесообразно на отрабатываемом месторождении выделять геолого-технологические элементы, включающие перечень всех технологических процессов и операций, характерных для комбинированной разработки данного месторождения (рисунок 1).

Рисунок 1. Векторы технологических взаимосвязей и взаимовлияний

■Ц- направления потоков локальных технологических полей подземных

--->

и открытых соответственно;

направления потоков глобальных технологических полей подземных и открытых соответственно

При отработке месторождения монотехнологией (открытой или подземной) в качестве основных рассматриваются элементы преимущественного горизонтального развития (например, этаж при подземной технологии или уступ при открытой).

Для комбинированной открыто-подземной разработки подобным геолого-технологическим является элемент, развивающийся

преимущественно в вертикальном направлении: участок (слой) месторождения, например, между двумя вертикальными плоскостями, так как особенности комбинированной разработки в наибольшей мере проявляются в вертикальном измерении. В этом же направлении в большей степени ощущается взаимовлияние открытых и подземных технологий.

Анализ опыта отработки рудных месторождений комбинированным способом показывает, что, как правило, проекты на открытые и подземные горные работы составляются без учета взаимовлияиия параметров открытых и подземных, что снижает возможность использования преимуществ комбинированной разработки, а также современных способов управления транспортными рудопотоками и качеством рудной массы.

Несмотря на многолетнее широкое использование комбинированной разработки, рудопотоки практически не изменились. Как карьер транспортировал руду на поверхность по спиралям и петлям в горизонтальных направлениях (рисунок 2), так и осталось, независимо от того, есть под ним подземный рудник или нет. При этом доля затрат на транспортирования рудной массы достигает 60 - 80 % в себестоимости карьерной руды. Подземный рудник как работал по своей транспортной схеме, так и работает. Сказанное является следствием раздельного проектирования открытых и подземных горных работ.

Использование схем комбинирования открытых и подземных горных работ в одном пространстве показывает, что наиболее эффективным с технико-экономической точки зрения является одновременная отработка. В

этом случае можно практически весь карьерный рудопоток переместить в транспортные коммуникации подземного рудника, которые на сегодняшний день довольно хорошо отлажены. И уже, используя возможности подземных транспортных коммуникаций, совместно выдавать руду карьера и подземного рудника на поверхность (рисунок 3). Т.е. перемещение всего рудопотока карьера в пределах карьерного пространства свести к минимуму.

Рисунок 2. Принципиальная спиральная схема транспорта рудопотоков в карьере: 1 - рудное тело; 2 - карьер; 3 - направление движения транспортных потоков; 4 — самосвал

Важным условием эффективного управления транспортными потоками при комбинированной разработке является то, что для реализации такой идеи должны быть заранее подготовлены транспортные коммуникации подземного рудника.

В диссертационной работе рассматривается пример решения задачи. В проекте на отработку месторождение предполагается отрабатывать

комбинированным способом (рисунок 4). Для оптимизации транспортирования рудопотоков при комбинированной разработке оцениваются капитальные и эксплуатационные затраты на транспортирование рудной массы при открытом и подземном способе ведения горных работ.

комбинированной разработке: 1 - рудное тело; 2 - проектный контур карьера; 3 - контур рабочего карьера; 4 - склад; 5 - автосамосвал; 6 -фронтальный погрузчик; 7 - мобильная дробилка; 8 - грузовой ствол; 9 -транспортный горизонт; 10 - система рудоспусков;

направление движения транспортных рудопотоков в карьере до введения в эксплуатацию подземного рудника; „ направление движения транспортных рудопотоков соответственно карьера и подземного рудника при комбинированной разработке

За критерий оптимальности принимались затраты:

¡=1

где К; — удельные текущие капитальные затраты на оборудование, руб/т; ЭУ- удельные эксплуатационные затраты на транспорт рудопотоков, руб/т; — годовая производительность предприятия, т/год.

При решении данной задачи должно соблюдаться следующее ограничение:

п Л„ 1-Я М

где Qi - объем руды, добываемой в планируемые сроки, т; (Зд -количество балансовых запасов, погашаемых в эти сроки с .¡-го участка, т; М - заданное (плановое) количество металла в добываемой руде за планируемый период, т; Сср - среднее содержание металла в отрабатываемых запасах, %.

Результат произведенных расчетов показал, что в рассматриваемом примере комбинированный способ позволяет повысить эффективность транспорта рудопотоков до 40%.

На основании проведенных исследований обоснованы первое и второе защищаемые положения:

- наибольшее позитивное взаимовлияние открытых и подземных технологий и минимальные эксплуатационные затраты па транспортировку рудной массы достигаются в условиях одновременной комбинированной схемы разработки;

- перепуск рудной массы карьера в коммуникации подземного рудника позволяет минимизировать транспортные расходы открытой разработки;

Транспортная схема рудопотоков при комбинированной разработке позволяет совместить и эффективно управлять качеством добываемых руд.

Процесс усреднения рудной массы при такой схеме будет осуществляться уже не на поверхности, а в транспортных коммуникациях подземного рудника, что значительно сокращает затраты на содержание отвалов. К примеру, если производственная мощность карьера и подземного рудника будет значительно большей, то перепускные рудоспуски можно модифицировать в усреднительные бункеры.

Рисунок 4. Схема к расчету транспортных расходов но перемещению рудной массы из карьера и подземного рудника: /- контур рудного; 2 - предельный контур карьера; 3 - подземный кот^нтрационный горизонт; 4 — грузовой ствол; 5 - перепускные рудоспуски; б — рабочий контур карьера, 7 — вертикальные слои; 8 — изолинии средних содержаний полезного компонента; 9 -участки по добыче руды

Управление качеством руд при комбинированной разработке распространенная и важная задача, которая заключается в следующем:

обеспечить заданный планом объем добычи руды (Зш, при минимальных эксплуатационных затратах Э; и соблюдении планового содержания полезного компонента в рудной массе аШ1. Для решения такого типа задач был разработан программный комплекс «Управление рудными потоками при комбинированной разработке рудных месторождений» (рисунок 5), в основу которого положено линейное программирование, в частности симплекс-метод. Основным преимуществом выбранного метода является адекватное описание условий решаемых задач и соответственно получение результатов, сопоставимых с действительностью.

| Управление рудными потоками при комбинированной разработке рудных месторождение?:

Проект Справка Фабрика

Минимальное содержание, % 1.2

Максимальное содержание, % 1,3

Плановая мощность, тыс.т. 6000

Участки

Объём руды, тыс.т. 10000

Затраты на добычу, руб/т. 713

Содержание п.к. в руде, % 1

Макс, объём добычи, тыс.т./г. 1

Добавить ] [ Удалить |

Р{х) о ггт

Выполнить

Сохранить

Сброс

У1, тыс,т.

У2, тыс.т,

УЗ, тыс.т,

Затраты, тыс.р.

Год 2

685,715 4914,285 596000,062 596000,062

635,715 4914,285

Остаток, тыс.т.

8628,57 171,43

Рисунок 5. Рабочее окно программного комплекса «Управление рудными потоками при комбинированной разработке рудных месторождений» с найденными оптимальными решениями

За критерий оптимальности принимается минимизация затрат на добычу руды при соблюдении определенных требований по ее качеству. Целевая функция в этом случае выглядит следующим образом:

п

/=1

где Э,- - эксплуатационные затраты на очистные работы и транспортирование рудной массы, руб/т;

Qi - объем добычи руды на г'-м участке в рассматриваемом периоде (месяц, год), т/мес.

Уравнение (3) решается при следующих ограничениях:

- по производительности участка

Qmmi > Qi > Qmaxb (4)

где /-участки добычи, i= 1 ... «;

- по суммарному объему добычных работ

Ёа^е»; (5)

1=1

- по содержанию металла в рудной массе

La-«,

--= а., = const

Еа

и

(6)

где а,- и ат~ фактические содержания металла в рудной массе на г-м участке и плановое в целом по предприятию соответственно;

- по минимальному и максимальному содержанию металла в руде

аГ<аш<аГ-, (7)

- по положительности решения

а>0,1=7...л. (8)

В диссертационной работе приводится задача оптимизации управления качеством руд. Месторождение отрабатывается комбинированным открыто-подземным способом в варианте одновременной (совместной) разработки (см. рисунок 4): верхняя часть - карьером, запасы нижней - подземным рудником. На месторождении выделяются добычные участки в вертикальной плоскости с заблаговременно известными их параметрами производительности, количества и качества руды, находящейся в забое. С помощью разработанного программного комплекса «Управление рудными потоками при комбинированной разработке рудных месторождений» были найдены оптимальные объемы (см. рисунок 5) добываемых руд с учетом минимальных эксплуатационных затрат на их добычу.

Известно, что распределение содержания полезных компонентов на месторождении в горизонтальной и особенно в вертикальной плоскости изменяется, поэтому заблаговременный учет его особенно необходим для комбинированной разработки.

Необходимо использовать особенности комбинированной разработки по максимуму, то есть должны качественно разные руды месторождения отрабатываться в вертикальном слое. Смешивать разные руды, находящиеся на разных уровнях вертикального слоя (см. рисунок 3), выгоднее и эффективнее и с точки зрения управления качеством, и с точки зрения экономики.

На основании проведенных исследований обосновано третье защищаемое положение:

- объединение рудопотоков карьера и подземного рудника способствует более эффективному управлению качеством добываемой руды.

Планирование добычи руды по участкам в смену (сутки, месяц, год и т.д.) трудоемкий процесс, который требует тщательных математических и экономических расчетов. Программный комплекс «Управление рудными

потоками при комбинированной разработке рудных месторождений», разработанный на основе методики оптимизации управления качеством руд, позволяет определить оптимальные объемы добываемой рудной массы с учетом ее качества, а также составить календарный план горно-добычных работ по участкам в планируемые сроки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой обоснована актуальная задача управления рудными потоками при комбинированной разработке рудных месторождений, позволяющая минимизировать капитальные и эксплуатационные затраты, имеющая важное научное и практическое значение для теории и практики проектирования горнотехнических систем.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Разработана методика количественной оценки взаимовлияния открытых и подземных технологий при комбинированной разработке месторождения.

2. Показано, что объединение геолого-технологических элементов, включающих перечень всех технологических процессов и операций, в вертикальном направлении в большей степени отражает взаимовлияние открытых и подземных технологий.

3. Предложена методика оценки транспортирования рудной массы при одновременной отработке месторождения открыто-подземным способом.

4. Доказано, что перепуск карьерной руды в транспортные коммуникации подземного рудника при комбинированной открыто-подземной разработке, позволяет существенно снизить эксплуатационные

затраты на транспортировку рудной массы в карьере (в рассмотренном варианте - до 40%).

5. Разработана методика оптимизации качества добываемой рудной массы при комбинированной разработке рудных месторождений с учетом различных кондиций на запасы и различной себестоимости добычи руды на основе линейного программирования, позволяющая повысить эффективность управления качеством добываемой рудной массы.

6. Разработан программный комплекс «Управление рудными потоками при комбинированной разработке рудных месторождений» на основе линейного программирования симплекс-методом, позволяющий решать задачи, связанные с управлением рудными потоками при обеспечении заданного планом объема добычи рудной массы с соблюдением планового содержания полезного компонента в ней и минимизации эксплуатационных затрат.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих научных работах:

1. Казикаев Д.М., Девятень A.A. Минимизация эксплуатационных затрат при совместном транспорте руды при комбинированной разработке. // Горный информационно-аналитический бюллетень (отдельные статьи). -2011.-№9.-С. 3-7.

2. Казикаев Д.М., Девятень A.A. Алгоритм и решение задачи по управлению качеством добываемой руды при комбинированной разработке // Горный информационно-аналитический бюллетень (отдельные статьи). -

2010,-№9.-С. 8- 12.

3. Казикаев Д.М., Девятень A.A. Формирование алгоритма и решение задачи по управлению качеством рудной массы при комбинированной разработке // Практический курс комбинированной разработки рудных месторождений: Учебное пособие. - М.: МГГУ. - 2010.-С.91-93.

4. Девятень A.A. Поиск новых направлений совершенствования технологии управления рудными потоками // Научный вестник МГГУ. -

2011.-№ 10 (19).-С. 61-65

Подписано в печать 02 ноября 2011 г. Формат 60x30/16

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №

Отпечатано в отделе печати Московского государственного горного университета. Москва, Ленинский проспект, д. 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Девятень, Александр Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ опыта отработки рудных месторождений комбинированным способом.

1.2. Краткий обзор научных разработок по оптимизации технологических решений при разработке месторождений полезных ископаемых.

1.3. Основные факторы, влияющие на выбор* стратегии освоения при проектировании отработки запасов месторождения.

1.4. Анализ методик оптимизации.

1.5: Цель, задачи и методы исследований.

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ.

211. Оптимизация горно-технологических процессов (обзор и анализ).

2.2. Основы линейного программирования.

2.3. Геолого-технологические элементы.

3. ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ ЗАДАЧИ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ.

3.1. Цели и задачи оптимизации горнотехнических работ.

3.2. Оптимизация транспорта рудной массы.70*

3.3. Оптимизация качества добываемой руды.

4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «УПРАВЛЕНИЕ РУДНЫМИ ПОТОКАМИ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ».

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование схем рудопотоков при комбинированной разработке рудных месторождений"

Актуальность работы. В настоящее время широкое развитие получил комбинированный открыто-подземный способ разработки рудных месторождений. Несмотря на то что этот способ разработки, как правило, обеспечивает наиболее полное извлечение запасов из недр, позволяет существенно повысить интенсивность освоения месторождения, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, существует ряд особенностей, которые позволяют повысить эффективность этого способа в целом. Так, при комбинированной разработке актуальными являются вопросы снижения эксплуатационных и капитальных затрат при транспортировке рудной массы в. различных совмещениях открытых и подземных добычных работ как в пространстве всего месторождения, так и во времени. Например; при открытых горных работах доля эксплуатационных затрат на перемещение рудопотоков горной массьг достигает 55 — 60 % и более от общей себестоимости добычи полезного ископаемого.

Одним из путей снижения эксплуатационных затрат на перемещение грузопотоков-из карьера является рациональное формирование'их по-рудной массе за счет использования подземных горных выработок рудника, которые неизбежно приведут к изменению-направления, и длины внутрикарьерного транспортирования' и соответственно объемов рудопотоков и общей транспортной схемы горного предприятия. Оптимизация транспортной схемы предприятия на открытых и подземных горных работах должна производиться с учетом формирования требуемого качества рудных потоков. Следует отметить, что качество добываемого сырья является одним из важнейших аспектов эффективной- работы системы рудник - обогатительная фабрика. При этом способы управления качеством добываемого сырья оказывают существенное влияние на, выбор транспортной схемы за счет оптимизации планирования и организации горных работ, рационального сочетании валовой и селективной выемки, обоснования показателей процессов стабилизации, сортировки и сепарации рудной массы.

Необходимость учета влияния многочисленных факторов представляет собой сложный комплекс оптимизации проектных технологических решений с использованием приемов логистики, основанной на количественных оценках вариантов, исключающих или уменьшающих значение субъективных факторов, так как горное производство характеризуется капиталоемкостью и инертностью.

Кроме того, при оптимизации схемы транспортирования рудопотоков необходимо учитывать, что при монотехнологиях развитие добычных горных работ осуществляется, как правило, в горизонтальной плоскости (например, в карьере горные работы в пределах уступа ведутся от фланга к центру, либо же от центра к флангам и т.д., в подземном руднике в пределах одного или несколько этажей с различным ведением очистных работ), поэтому геомеханические факторы учитываются' тоже в. горизонтальной плоскости. Геомеханическое и технологическое взаимовлияние открытых и подземных горных при комбинированной разработке должно учитываться не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном* (так называемые вертикальные слои). Количественная оценка такого взаимовлияния, при оптимизации технологических решений применительно к комбинированному способу разработки в настоящее время проработана слабо.

В связи с этим обоснование схем рудопотоков при проектировании комбинированной разработки рудных месторождений для снижения транспортных расходов и управления качеством руды является актуальной научной-задачей.

Цель работы состоит в обосновании методики оптимизации технологических решений управления рудопотоками при комбинированной разработке, позволяющих минимизировать капитальные и эксплуатационные затраты.

Идея работы заключается в том, что существенное повышение эффективности комбинированной разработки рудных месторождений может быть достигнуто путем совместной оптимизации схем рудопотоков на 4 открытых и подземных горных работах с учетом их взаимовлияния при выдаче рудной массы на поверхность единым потоком.

Основные задачи исследований:

- определение эффективности совместных схем транспорта рудной массы из карьера и подземных разработок;

- оптимизация капитальных и эксплуатационных затрат добычи руды от изменяющихся горно-геологических и горнотехнических условий в процессе очистной выемки в карьере и подземном руднике;

- оптимизация управления качеством рудных потоков в условиях взаимного влияния открытых и подземных горных работ;

- обоснование и корректировка методики оптимизации транспорта рудной массы.

Научные положения, выносимые на защиту:

- наибольшее* позитивное взаимовлияние открытых и подземных технологий и минимальные эксплуатационные затраты на транспортировку рудной массы достигаются в условиях одновременной комбинированной схемы разработки;

- перепуск рудной массы карьера в коммуникации-подземного «рудника позволяет минимизировать транспортные расходы открытой разработки; объединение рудопотоков карьера и подземного рудника способствует более эффективному управлению качеством добываемой руды.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

- установлена технологическая* и экономическая эффективность перепуска карьерной рудной массы- в подземные транспортные коммуникации и выдачи на поверхность совместно с подземной рудной массой;

- показано, что при комбинированной разработке повышается эффективность управления качеством добываемой рудной массы с учетом неравномерности распределения по содержанию запасов на месторождении и различной себестоимости добычи на разных вертикальных уровнях;

- обоснована и разработана методика оптимизации транспорта рудной массы при одновременной открыто-подземной разработке.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены:

- применением современных методов линейного программирования, геомеханики и экономической теории;

- использованием современных методов исследования процессов применительно к условиям комбинированной разработки рудных месторождений;

- корректностью постановки задач исследований и решением их с использованием компьютерных методов;

- разработкой программного комплекса для решения оптимизационных задач.

Научное значение работы состоит в совершенствовании научно-методической базы формирования схем транспортирования и управления качеством рудной массы; в дальнейшем развитии теории проектирования комбинированной разработки месторождений с целью повышения её эффективности.

Практическое значение работы заключается в обосновании объединения рудопотоков карьера и подземного рудника в единый транспортный поток, позволяющий использовать современные методы и способы транспортирования и управления качеством добываемых руд, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, а также повысить эффективность комбинированной открыто-подземной разработки.

Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 4 работах.

Реализация результатов работы. Разработанная методика минимизации капитальных и эксплуатационных затрат при комбинированной разработке рудных месторождений реализована в проектных решениях ОАО «ВИОГЕМ» на объектах черной и цветной металлургии, а также результаты исследований используются в учебном процессе Московского государственного горного университета.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на конференциях в рамках «Недели горняка», МГГУ (2008-2011 гг.), на научных семинарах кафедры ТПР МГГУ (2008-2011 гг.), на 11-ом Международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях», г. Белгород, 23-27 мая 2011 года.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, библиографического списка из 73 наименований, представлена на 126 страницах, содержит 29 рисунков, 6 таблиц.