Обоснование способов формирования техногенных георесурсов при открытой разработке железорудных месторождений

Заляднов, Вадим Юрьевич

Автореферат диссертации по теме "Обоснование способов формирования техногенных георесурсов при открытой разработке железорудных месторождений"

контрольный экзашляр

На правах рукописи

Заляднов Вадим Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 2005

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете

им. Г.И. Носова.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Гавришев Сергей Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Голяк Сергей Алексеевич

кандидат технических наук Биишев Леонард Зиннатович

Ведущая организация: ОАО «Учалинский ГОК»

Защита диссертации состоится 6 июля 2005 г. в 1400 час. на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, аудитория 115. Тел-факс: (3519) 29-84-26,23-57-60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова.

Автореферат разослан июня 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Горлова О.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В результате интенсивного развития горнодобывающей промышленности в ряде регионов России сформировано значительное количество техногенных образований в виде отработанных карьеров, складов некондиционных руд, отвалов минерализованных пород, которые являются причиной загрязнения почв и вод тяжелыми металлами, запыления поверхности земли и изъятия дорогостоящих земель из сельскохозяйственного оборота.

В настоящее время в России накоплено около 100 млрд т отходов горнодобывающей отрасли. Значительную часть из них составляют породные отвалы. Породы отвалов могут иметь широкое применение в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Однако масштаб использования этая пород в целом незначителен и находится в пределах 3-10 %. Это является следствием того, что формирование отвалов зачастую осуществляется без учета возможности их дальнейшей переработки. Бессистемное складирование с перемешиванием горных пород различных типов впоследствии приводит к значительному росту издержек на их переработку.

Размещение вскрышных пород, использование которых в настоящее время нецелесообразно, в выработанном пространстве карьеров наиболее перспективно с точки зрения сохранности сельскохозяйственных земель и обеспечения высоких технико-экономических показателей открытых горных работ. Однако имеющегося практического опыта и научно-методической базы недостаточно для разработки эффективных способов внутреннего отвалообразования в действующих глубоких карьерах. В проектах практически не предусматривается использование выработанного пространства карьеров в качестве инженерных сооружений и различных емкостей.

Изменение подхода к проектированию и эксплуатации карьеров позволит формировать техногенные георесурсы в процессе отработки месторождений. Возможными направлениями освоения данных видов георесурсов являются: использование карьеров и отвалов в качестве элементов инженерных сооружений, переработка заскладированных руд, рекультивация отвалов и выработанного пространства карьеров.

Однако слабая изученность закономерностей изменения ценности техногенных георесурсов от условий и способов их формирования, отсутствие систематизации самих способов не позволяют в полной мере использовать ресурсный потенциал отвалов и выработанного пространства карьеров.

Выбор и реализация способов формирования техногенных георесурсов позволит снизить ресурсоемкость открытого способа разработки, расширить область его эффективного применения, а также уменьшить вредное воздействие карьеров и отвалов на окружающую среду.

Поэтому обоснование способов формирования техногенных георесурсов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы: обоснование способов формирования техногенных георесурсов для снижения ресурсоемкости освоения железорудных месторождении открытым способом.

Идея работы заключается в том, что обоснование параметров карьеров и отвалов, выбор технологии разработки и складирования горных пород осуществляется на основе установленных зависимостей ценности техногенных георс-сурсов от условий и способа их формирования.

Объект исследования: техногенные образования, такие как отвалы горных пород и выработанное пространство карьеров.

Задачи исследования:

1. Анализ техногенных образований формируемых при работе карьеров, динамики объемов отходов горного производства и воздействия отвалов и карьеров на окружающую среду: анализ состояния методической базы формирования отвалов и выработанного пространства карьеров.

2. Обоснование перспективного использования техногенных образований горных предприятий; систематизация направлений использования отвалов и выработанного пространства карьеров в виде новых георесурсов.

3. Обоснование подхода к снижению ресурсоем кости открытой разработки месторождений, основанного на формировании и использовании новых техногенных георесурсов.

4. Разработка математической модели расчета ценности формируемых георесурсов; установление зависимостей ценности техногенных георесурсов От различных условий и способов их формирования.

5. Обоснование способов и разработка алгоритма формирования и повышения ценности техногенных георесурсов.

6. Оценка экономической эффективности формирования техногенных георесурсов при открытой разработке месторождений.

Научные положения, представленные к защите:

1. Отвалы вскрышных пород, склады некондиционных руд, выработанное пространство карьеров являются потенциальными техногенными георесурсами, ценность которых определяется способом и технологией их формирования. Критерием ценности является максимум прибыли, получаемой в результате формирования и использования данных георесурсов.

2. Ценность выработанного пространства карьера при использовании его в качестве емкости для складирования отходов определяется расстоянием транспортирования, классом опасности отходов, объемом и способом формирования карьерного пространства.

3. Повышение ценности формируемого карьерного пространства достигается изменением конструкции и специальной подготовкой участков борта, поставленных в предельное положение, для обеспечения безопасности и рационального складирования вскрышных пород.

Научную новизну работы составляют:

1. Подход к формированию новых видов техногенных георесурсов с учетом их ценности, обеспечивающий снижение ресурсоемкости открытой геотехнологии.

2. Математическая модель расчета ценности создаваемых при ведении открытых горных работ техногенных георесурсов, основанная на учете затрат на формирование георесурсов и возможных доходов от их дальнейшего освоения или реализации.

3. Зависимости ценности выработанного пространства карьера от расстояния транспортирования, объема и класса опасности складируемых отходов, позволяющие выбирать эффективные способы формирования техногенных георесурсов.

4. Способ формирования отвалов на верхних горизонтах карьера, обеспечивающий безопасность ведения горных работ на нижележащих горизонтах, сокращение расстояния транспортирования пород в отвал, уменьшение экологических платежей, предотвращение оползневых явлений.

Практическая значимость работы:

1. Разработан алгоритм выбора ресурсосберегающего способа складирования пород отвалов в зависимости от категорий вскрышных пород, классифицированных по технологии и экономической целесообразности их переработки.

2. Построены графики изменения приращения объема и высоты отвала складируемых пород от ширины вынимаемого слоя мягких пород верхних горизонтов карьера, позволяющие обосновать параметры формируемых отвалов.

3. Построена номограмма для определения экономической целесообразности использования карьерного пространства в качестве емкости для складирования промышленных отходов 4-го класса опасности.

Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами применения методических положений диссертации на карьере «Малый Куйбас» ГОП ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Методы исследований: методы обработки результатов исследований с использованием элементов математической статистики, экономико-математическое моделирование, методы системного, структурно-функционального и технико-экономического анализа.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности по руде на карьере «Малый Куйбас» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых Магнитогорского государственного технического университета, на научно-технических семинарах факультета горных техноло-

гий и транспорта Магнитогорского государственного технического университета, на научных семинарах НТЦ-НИИОГР (г. Челябинск), на международных симпозиумах: «Неделя горняка» (Москва. 2003, 2004 гг.), на Всероссийской конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов» (г. Магнитогорск).

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ и Правительства Челябинской области (ГРНТИ № ГБ 3-05 ВНП).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в б печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 130 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 102 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено актуальности выбранной темы, общейхарактери-стикеработы.

В первой главе проведен анализ техногенных образований формируемых при работе карьеров, динамики объемов отходов горного производства и их воздействия на окружающую среду, проведен анализ состояния методической базы формирования отвалов и выработанного пространства карьеров.

В настоящее время наблюдается тенденция роста объемов добычи железорудного сырья в России открытым способом. Однако с каждым годом горногеологические и горнотехнические условия разработки открытым способом усложняются. Средневзвешенная глубина по замкнутому контуру крупных карьеров - Оленегорского, Ковдорского, Костомукшского, Михайловского. Лебединского, Стойленского, Качканарского и Коршуновского ГОКов, на которых добывается 87,5 % от общего объема железной руды в России, составила в 1990 г. - 178, в 1995 г.- 197, в 2001 г.-259 м, т. е. за 11 лет увеличилась на 81 м.

С углублением карьеров возрастает расстояние транспортирования горной массы, увеличивается общий объем складируемых на поверхности земли вскрышных пород. Расширение добычи полезных ископаемых открытым способом сопровождается увеличением глубины и размеров карьеров в плане и приводит к соответствующему увеличению площадей, занимаемых горными выработками и отвалами. За последние 20 лет эта площадь увеличилась на 40 %.

Формируемые в результате открытой разработки месторождений отвалы вскрышных пород и другие техногенные образования являются источником загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха.

Увеличение расстояния транспортирования горной массы, количества техногенных образований, площадей, занимаемых карьерами и отвалами, ведет к росту затрат на основные ресурсы, необходимые для ведения горных работ.

В условиях непрерывного роста мирового потребления минерального сырья при одновременном снижении качества добываемых полезных ископаемым повышение степени использования пород отвалов, поверхностей отвалов и выработанного пространства карьеров позволит снизить ресурсоемкость процессов открытой геотехнологии.

Расширение области освоения техногенных образований возможно за счет их формирования в виде новых георесурсов. Вопросам комплексного освоения недр и рационального использования ресурсов посвящены исследования ведущих ученых: М.И. Агошкова, А.И. Арсентьева, В.А. Галкина, С.А. Голяка, A.M. Демина, С.А. Ильина, В.В. Истомина, B.C. Коваленко, A.M. Михайлова. Н.В. Мельникова, Б.М. Никитина, В.И. Паничева, НИ. Панфилова, А.А. Пешкова, В.В. Ржевского, И.И. Русского, М.В. Рыльниковой, Г.В. Секисова, П.И. Томакова, К.Н. Трубецкого. В.Н. Уманца, Г.А. Холоднякова, B.C. Хохрякова, В.Б. ЧижевскоГо и др.

Вместе с тем, в отечественной практике горных работ расширение области использования выработанного пространства карьеров и пород отвалов сдерживается отсутствием методической базы формирования техногенных образований в виде новых георесурсов. Формирование и освоение техногенных георесурсов позволяет значительно увеличить продуктивность горного производства и снизить ресурсоем кость освоения месторождений открытым способом разработки.

Во второй главе Обосновано перспективное использование техногенных образований горных предприятий; систематизированы направления использования отвалов и выработанного пространства карьеров с, виде новых георесурсов: обосновано понятие ценности техногенных георесурсов и разработана математическая модель ее расчета; установлены зависимости ценности техногенных георесурсов от различных условий их формирования.

Формирование отвалов горных пород, карьерного пространства с учетом дальнейшего их использования в качестве заменителей некоторых природных и производственных ресурсов позволяет относить их к новым видам продукции горного производства или к новым техногенным георесурсам. В работе систематизированы виды и направления использования техногенных георесурсов (рис. 1).

В работе выделены три категории пород отвалов в зависимости от экономической целесообразности их переработки и возможных направлений дальнейшего их использования:

1. Породы, технология переработки которых известна и в настоящее время экономически целесообразна.

2. Породы, переработка которых с использованием известных технологий в настоящее время экономически нецелесообразна. К этим породам относятся некондиционные руды или металлсодержащие минералы.

3. Породы, технология переработки которых отсутствует и неизвестна возможная сфера их применения.

Использование выработанного пространства действующего карьера с уг-лубочной системой разработки в качестве емкости для складирования отходов возможно:

1) при отработке наклонных (угол падения 8-30°) или пологих (угол падения 0-10°) залежей;

2) при наличии на нерабочих бортах карьера широких площадок, которые образуются после отработки рудных залежей, разбитых на отдельные клиновидные блоки, объем и количество которых соответствуют параметрам кондиции для подсчета запасов;

3) при различной интенсивности отработки участков карьера с засыпкой отработанного участка вскрышей разрабатываемого участка карьера;

4) при укреплении скальной вскрышей верхних горизонтов карьера, сложенных мягкими породами, с целью предотвращения оползней.

Отработанное карьерное пространство как георесурс целесообразно использовать для размещения отвалов вскрышных пород рядом расположенного действующего карьера, либо для размещения других промышленных отходов.

Таким образом, отвалы горных пород и выработанное пространство карьеров являются новым видом георесурсов.

В работе вводится понятие ценности техногенного георесурса, под которым понимается денежное выражение стоимости всех полезных свойств, качеств или компонентов, содержащихся в техногенныхобъектах, сформированных в результате горныхработ, с учетом затрат на использование георесурсов или извлечение изнихполезныхкомпонентов.

Ценность техногенных георесурсов определяется:

- для отвалов горных пород: объемом, расстоянием транспортирования, массовой долей полезных компонентов, физико-техническими характеристиками складируемых пород и способом форми ювания отвалов;

- для выработанного пространства карьера: объемом, расстоянием транс -портирования и классом опасности складируемых отходов, способом формирования карьерного пространства.

В работе предложена математическая модель расчета ценности техногенного георесурса. При условии формирования отвала в виде техногенного месторождения, с целью извлечения полезных компонентов ценность отвалов руб. определяется по формуле:

где а, — содержание ьго полезного компонента в отвале, %.;

8, -извлечение ьга полезного компонента из породной массы, заскладиро-

ванной в отвале, %; ц, - цена ¡-го полезного компонента, руб./т; с„ - себестоимость выемки породы из отвала, руб./т; Зф о — удельные затраты на формирование отвала, руб./т; п - число извлекаемых компонентов, <3 -масса пород в отвале, т.

При условии формирования отвала в риде сооружения, ценность отвала определяется по формуле, руб.

где Д - доход от реализации сооружения, руб.;

СфС — стоимость формирования сооружения, руб.;

С - стоимость складирования пород в обычный отвал на поверхности земли, руб

С = 2[(Зтр+Зф0 + Зкм +3,к)хп,]. (3)

Где 3-ф - затраты, связанные с транспортированием отходов от источника их образования до места складирования на поверхности земли, руб.; - затраты на формирование отвала, руб.; Змм - выплаты за занимаемую землю, руб.; Зэк — экологические выплаты за размещение отходов, руб.; Г - шаг моделирования, годы (1=1, 2, ..,Т); Т — период формирования отвала, лет; Т|( - коэффициент дисконтирования. При условии использования выработанного пространства карьера в качестве емкости для размещения отходов его ценность определяется разностью затрат на складирование отходов на поверхности земли и затрат на складирование отходов в карьере:

где С| - стоимость складирования отходов в карьере, руб.

Складирование отходов на земной поверхности связано с высокими платежами за загрязнение окружающей среды. Размер платы за размещение отходов на поверхности земли зависит от класса опасности складируемых отходов. Складирование отходов в карьерном пространстве исключает экологические выплаты за размещение отходов, а также выплаты за занимаемые земли:

1

= Е[(з',Р + з'*.)х П|] ■-1

(5)

где

- затраты, связанные с транспортированием отходов от источника их образования до места складирования в карьере, руб.;

З'фо -затраты, связанные с формированием отвала, руб.

Однако затраты на транспортирование отходов от источника их образования до места складирования в выработанном пространстве карьера могут быть значительно больше затрат при складировании на поверхности. Так. величина затрат на транспортирование зависит от места расположения карьера относительно предприятия, образующего и размещающего отходы.

С использованием предложенной методики установлены зависимости ценности выработанного пространства карьера от расстояний транспортирования, объемов складирования для различных классов опасности отходов (рис.2).

1_тр1*1 км

ЕнГирг-«"*!«

■~1.гр2 • 3 »

Объ*м складируемы! отделов,

МЛН г'год

[лр1»1км

а) Отходы 5-го класса опасности (электро-сталеплавнльные шлаки)

1_тр1-3км

—V »03 млат» год!

V * 1 ит «гол |

Расстояние транспортирования

ирг. хм

Расстояния транспортирования Цтр2. ам

б) Отходы 4-го класса опасности (доменные шлаки)

Рис. 2. Изменение ценности карьерного пространства от объема, расстояния транспортирования и класса опасности отходов: 1-"гр|) 1->Гр2 —расстоянии транспортирования от источника образования отходов до Места их складирования соответственно на поверхности земли и а карьере, к»: V -масса складируемых порт), мпн пг,'об

в) Отходы 5-го класса опасности (вскрышная порода карьера)

расстояние

КМ

В результате расчетов установлено, что при транспортировании отходов 5-го класса опасности на с увеличением объема складируемых отходов в

карьере ценность карьерного пространства увеличивается (рис.2, а). При транспортировании этих же отходов на расстояние Ц^з = 2 км, по сравнению с Ь,,,) = I км, с увеличением объема складируемых отходов ценность карьерного пространства уменьшается и имеет отрицательное значение.

Ценность выработанного пространства карьера при складировании отходов 4-го класса опасности объемом V = 0,5 млн т/год имеет положительное значение при расстоянии перевозки отходов Цр2до 23 км (рис.2, б).

При складировании в карьерном пространстве собственных вскрышных пород его ценность имеет положительное значение только при расстоянии транспортирования в карьер, меньшем или равном расстоянию до отвала па поверхности (рис.2, в).

При изменении класса опасности складируемых отходов с 5-го на 4-й ценность выработанного пространства карьера возрастает на 95-98 %. Значительное изменение ценности при изменении класса опасности объясняется размерами платы за размещение отходов на поверхности земли, которые составляют 248,4 руб./т за размещение отходов 4-го класса опасности; 0,4 руб./т - 5-го класса опасности добывающей промышленности; 15 руб./м - 5 -го класса опасности перерабатывающей промышленности (в ценах 2003 г.).

Для получения максимального экономического эффекта от использования новых георесурсов необходимо на стадии проектирования карьеров определять возможность и направления дальнейшего использования отвалов и карьерного пространства и с учетом этого выбирать способы формирования повышающие ценность техногенных георесурсов. Это обусловливает необходимость обоснования способов и разработку алгоритма формирования и повышения ценности техногенных георесурсов.

В третьей главе обоснованы способы и разработан алгоритм формирования и повышения ценности техногенных георесурсов; разработана номограмма определения ценности выработанного пространства карьера.

На основе выделенных категорий пород обоснованы способы формирования отвалов в виде техногенных георесурсов:

1. Формирование отвалов из пород 1-й категории в виде техногенного георесурса производится селективным складированием пород, фракционированием их по крупности и по составу. Складирование осуществляется на Специально подготовленных площадях с возможностью отгрузки пород для последующей переработки или непосредственно потребителю.

2. Формирование отвалов из пород 2-й категории в виде техногенного георесурса производится с консервированием пород и их складированием на площадях, изолированных от поверхности земли, с уклоном, позволяющим собирать и нейтрализовать или перерабатывать кислые стоки. При складировании пород 2-ой категории возможно создание условий полезного взаимодействия исходных компонентов, что позволяет улучшить свойства пород или создать новые виды минерального сырья с минимальными дополнительными затратами.

3. Формирование отвала из пород 3-й категории как техногенного георесурса производится в виде инженерного сооружения. Следует учитывать местонахождение горного предприятия по отношению к населенным пунктам, промышленным предприятиям, так как отвал может быть сформирован как место для отдыха (парк, лес, ипподром, горнолыжная трасса), строительная площадка или емкость.

Ресурсосберегающий способ складирования пород отвалов определяется в зависимости от категории складируемых пород в соответствии с предложенным алгоритмом (рис.3).

д.

Рис. 3. Алгоритм выбора ресурсосберегающего способа складирования

пород отвалов

В работе обоснованы способы формирования карьерного пространства в виде нового техногенного георесурса, используемого для внутреннего отвало-образования:

1. Интенсивная отработка части карьерного поля и использование выработанного пространства с целью засыпки вскрышей другой части карьерного поля при разработке месторождения, имеющего вытянутую форму в плане.

2. Придание дну карьера выпукло-вогнутого профиля взрыванием его части на выброс для увеличения предельной высоты отвального яруса.

3. Формирование заездов и предохранительных валов на широких площадках бортов карьера, позволяющее исключить просыпание отвальных пород на рабочие горизонты и с минимальными транспортными затратами разместить вскрышу на борту карьера.

Для определения экономической целесообразности использования карьерного пространства в качестве емкости для складирования промышленных отходов 4-го класса опасности разработана номограмма (рис.4). Определение ценности выработанного карьера позволит на стадии проектирования или доработки выбрать направление дальнейшего использования карьерного пространства и способ его формирования.

С целью максимального использования карьерного пространства в качестве емкости для складирования вскрышных пород предложен способ формирования отвалов на верхних горизонтах, достигших предельного положения в действующем карьере. Исследования ряда карьеров Челябинской области показали, что внешние отвалы располагаются от контуров карьера на расстоянии Ь, равном от 20-50 м до нескольких сотен метров (рис.5, а).

Предлагаемый способ формирования отвала предусматривает дополнительную выемку части слоя мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, и складирование на освобождаемое место скальной вскрыши. Это позволяет организовать внутренние отвалы в действующем карьере с плавным переходом во внешние отвалы (рис.5, б). Возможность дополнительной выемки мягких пород и отсыпки отвала предлагаемым способом должна рассматриваться на стадии проектирования карьера. Формирование отвала предлагаемым способом осуществляется на борту карьера, имеющем достаточную устойчивость.

Для обоснования целесообразности предлагаемого способа формирования отвала была принята модель участка борта карьера длиной 100 м с параметрами: мощность наносов ГП = 10-20 м; ширина вынимаемого слоя Ш = 25-40 м; физико-механические свойства наносов <р,= 10°, С|=0,013 МПа, у,-1,73 т/м3; ф2=15°, С2=0,01б МПа, у2=1,9 т/м'; ф3=20°, С:=0,03 МПа, у3=1,9 т/мл; физико-механические свойства отвальных пород <р=30°, С=0,03 МПа, у=2,7 т/м3.

Для принятых параметров модели участка борта карьера и организуемого на нем отвала найдены зависимости приращения объема отвала от ширины вынимаемого слоя мягких пород (рис. 6).

= р

Ci а V « t млн т/гцд

За величину приращения объема отвала была принята разность между объемом отвала, отсыпаемого на месте вынимаемого слоя, и объемом вынимаемых мягких пород верхних горизонтов карьера. Положительное значение величины приращения доказывает целесообразность применения предлагаемого способа.

Подбор высоты формируемого отвала на борту карьера основывался на оценке устойчивости откоса по круглоцилиндрической, наиболее вероятной линии скольжения, при этом значение коэффициента запаса устойчивости было принято равным 1,3.

Необходимая ширина вынимаемого слоя определяется максимальной высотой проектируемого отвала. В работе получены зависимости, позволяющие определять ширину вынимаемого слоя мягких пород с разными значениями угла внутреннего трения при изменении высоты отвала (рис.7).

Складирование вынимаемого слоя наносов в отвал должно обеспечивать необходимую устойчивость отвальных откосов. Поэтому предлагается совместное складирование различных типов пород, которое при определенных условиях позволяет получить высоту отвала, равную высоте отвала прочных скальных пород (рис.8). Раздельное складирование пород с различными физико-техническими свойствами в один отвал потребует значительно меньших площадей, чем при размещении этих пород в отдельные отвалы.

Мощность слоя наносов 20 м

29 30 35 40

Ширина вынимаемого слоя Ш, м

—ф1-1(Г——ФГ-20"

Рис. 7. График изменения высоты отвала от ширины вынимаемого слоя с различными углами внутреннего трения <р

Рис. 8. Способ формирования техногенных объектов: 1 - породы скальноп вскрыши: 2- полускальные породы вскрыши; 3 - глинистые породы: 4 - прсдохрани-тсльныЛ вал: 5 - контур карьера

Складирование части отвальных пород внутри карьера позволит снизить экологические платежи и сократить среднее расстояние транспортирования пород до отвала.

Таким образом, обоснование способов формирования техногенных георесурсов производится путем выбора направления дальнейшего использования георесурсов, возможных способов их формирования и расчета ценности формируемых отвалов и выработанного пространства карьеров. Критерием выбора способа формирования техногенных георесурсов является максимальное значение ценности получаемых георесурсов.

В четвертой главе произведена оценка экономической эффективности способов формирования техногенных георесурсов и приведен пример реализации математической модели расчета ценности для карьера «Малый Куйбас» ГОП ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Планом горных работ на карьере «Малый Куйбас» предполагается постепенное наращивание мощности добычи по руде до 2,5 млн т/год, а по вскрыше - до 8 млн м'/год. На первом этапе плана горных работ планируется интенсификация работ на южном участке карьера за счет увеличения в 2-2,5 раза количества горнотранспортного оборудования. Достижение заданной интенсивности работ ограничивается недостатком количества горнотранспортного оборудования. Сокращение количества автомобилей, задействованных на вывозе горной массы из карьера, возможно за счет транспортирования вскрышных пород в выработанное пространство. Проведен анализ отработанного пространства карьера «Малый Куйбас». Выявлено, что на восточном борту южной части карьера имеется участок нерабочего борта с площадками шириной до 40-60 м с воз-

можностью размещения вскрышных пород объемом 132 тыс. м3. Анализ проекта разработки карьера показал, что по мере постановки рабочих горизонтов 400, 370, 340 м в предельное положение возможно увеличение объема складируемых пород до 2476 тыс. м3.

В настоящее время въезд в южную часть карьера осуществляется по внутренней траншее, что снижает свободную площадь на горизонте 430 м, которую можно использовать для складирования вскрыши. В работе рассмотрена возможность увеличения емкости отвала внутри карьера за счет переноса трассы. Объем внутреннего отвала на восточном борту южной части карьера при этом составит 3246,8 тыс. м3. Результаты, получаемые от внедрения предложенных рекомендаций, представлены в таблице.

Таблица

Экономический эффект внедрения рекомендаций _на месторождении «Малый Куйбас»_

Объем размещаемых вскрышных пород на борту карьера, тыс.м3 Снижение среднего расстояния транспортирования, % Снижение площадей отвалов, Га Снижение экологических выплат, млн руб. Общий экономический эффект, млн руб.

132 30 0,38 0,077 1,699

2476 7,14 1,102 24,63

3246 9,08 1,44 28,05

Формирование новых техногенных георесурсов при ведении открытых горных работ значительно снизит удельные затраты, а в ряде случаев и общие затраты на разработку месторождения. В работе обоснована целесообразность использования выработанного пространства карьера «Малый Куйбас» в качестве емкости для складирования мартеновских и доменных шлаков металлургического комбината. В настоящее время ценность карьерного пространства составляет 7,47 млрд руб., к концу разработки месторождения (2018 г.) она достигнет 26,79 млрд руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научно-практической задачи снижения ресурсоемкости открытой геотехнологии путем повышения ценности и расширения области использования техногенных георесурсов формируемых при разработке железорудных месторождений. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

1. Установлено, что использование потенциала горных пород, заскладирован-ных в отвалы, поверхностей отвалов, выработанного пространства карьеров в настоящее время не превышает 3-10%. Низкое использование потенциала данных техногенных образований связано со слабой изученностью закономерностей изменения ценности техногенных георесурсов от условий и способов их формирования.

2. Обосновано разделение горных пород, складируемых в настоящее время в отвалах, на три категории в зависимости от технологии и экономической эффективности их возможного использования. Отвалы из пород каждой категории являются различными видами техногенных георесурсов и предусматривают соответствующую технологию и параметры их формирования.

3. Обосновано понятие ценности техногенного георесурса, под которым понимается денежное выражение стоимости всех полезных свойств, качеств или полезных компонентов, содержащихся в техногенных объектах, сформированных в результате горных работ, с учетом затрат на использование георесурсов или извлечение из георесурсов полезных компонентов. Доказано, что горные породы, заскладированные в отвалы, поверхности отвалов, выработанное пространство карьеров имеют определенную ценность, величина которой зависит от условий и способов формирования техногенных георесурсов.

4. Разработана математическая модель определения ценности формируемых техногенных георесурсов. Она включает в себя: расчет ценности отвалов, формируемых с целью извлечения полезных компонентов; расчет ценности отвалов, формируемых в виде земляных сооружений, и расчет ценности карьерного пространства, используемого для складирования отходов. По критерию максимальной ценности производится выбор оптимального способа формирования техногенных георесурсов. Разработан алгоритм выбора рационального, ресурсосберегающего способа складирования пород отвалов.

5. Установлено, что при использовании карьера в качестве емкости для складирования отходов промышленных предприятий ценность данного техногенного георесурса зависит от класса опасности складируемых отходов, расстояния транспортирования и от способов формирования карьера.

6. Предложена номограмма для определения экономической целесообразности использования выработанного пространства карьера в качестве емкости для складирования отходов 4-го класса опасности. Определение ценности выработанного карьера позволит на стадии проектирования или доработки выбрать направление дальнейшего использования карьерного пространства и способ его формирования. В случае положительного значения показателя ценности в расчет затрат и общей эффективности разработки месторождений открытым способом вносятся изменения с учетом использования нового вида георесурса.

7. Предложен способ формирования карьерного пространства, повышающий его ценность, который заключается в дополнительной выемке части слоя мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, и отсыпки на место вынимаемого слоя отвала из скальной вскрыши. Данный способ позволяет организовать отвал непосредственно на борту карьера при ведении горных работ на нижележащих горизонтах. Определены параметры отвала, которые зависят от ширины вынимаемого слоя мягких пород, их мощности и физико-механических свойств. Преимуществами предлагаемого способа являются:

- уменьшение среднего расстояния транспортирования до отвала;

- снижение экологических платежей и сокращение занимаемых отвалами площадей, так'как часть отвальных пород складируется внутри карьера;

- предотвращение возможных оползневых явлений мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, вследствие пригрузки скальными породами.

8. Для повышения эффективности работы карьера «Малый Куйбас» предложено расширить использование его потенциальных возможностей. Широкие площадки восточного нерабочего борта южной части карьера предложено подготовить для складирования вскрышных пород, объем которых составит 132 тыс. м3. Разработаны рекомендации по формированию карьерного пространства, позволяющие увеличить приемную емкость карьера до 3,2 млн м' и обеспечить безопасность ведения горных работ при размещении вскрышных пород. Повышение ресурсного потенциала карьерного пространства становится возможным при переносе трассы, по которой осуществляется въезд в южную часть карьера. Внедрение предложенных рекомендаций позволит снизить среднее расстояние транспортирования вскрыши на 0,75 км; площадь, занимаемую отвалами, на 9 Га; экологические выплаты на 1,4 млн руб. Экономический эффект при внедрении предложенных рекомендаций составит 28 млн руб. за 4-летний период. В работе рассмотрена возможность использования выработанного пространства карьера «МалыП Куйбас» в качестве емкости для складирования металлургических шлаков ОАО «ММК». К концу разработки месторождения ценность выработанного карьера составит 26,79 млрд руб.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Гавришев.С.Е., Западной [).Ю. Способы складирования отходои горного предприятия в зависимости от дальнейшего их использования II Материалы 62-й IITIC по итогам НИР за 2002-2003 гг. - Магнитогорск: МГГУ, 2003. - С. 144-146.

2. Гавришев С.С.. Габитов P.M.. Заляднов В.Ю. Размещение вскрышных пород при реконструкции карьера «Малый Куйбас» // Освоение месторождений полезных ископаемых: Межвуз. сб. науч.тр.-Магнитогорск: М1ТУ,2004.-С. 10-14.

3. Заляднов В.Ю., Осинцев H.A., Цыганов A.B. Управление «отходами« горного производства с целью снижения ресурсоемкое™ процессов открытой геотсхнолоти // Материалы 63 НТК по итогам 11ИР за 2003-2004 гг. - Магнитогорск: МГГУ. 2004. - С. 184-187.

4. Заляднов В.Ю. Расчет ценности выработанного карьерного пространства нри складировании в нем отходов различного класса опасности / Магнитогорск, гос. техн. ун-т. - Магнитогорск, 2004. - 7 е.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 20.12.04. № 2028-В 2004.

5. Принципы управления безопасностью производства при совершенствовании технологических схем карьеров / Цыганов A.B., Осипнев H.A., Бурмистров К.В.. Колопюк A.A.. Заляднов В.Ю. // Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионе»: Сб. науч. -ip. -Магнитогорск: МГТУ. 2004. - С. 66-68.

6. Заляднов В.Ю. Обоснование способа формирования техногенных i-eopecypcon при открытой разработке месторождений // Материалы уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург: УГГУ. 2005. - С. 24.

13 ИЮЛ 2005

к«.

* пыдомыьзо )

\ /

Подписано в печать 02.06.05. Формат 60x84 1/1 б. Бумага тип.Х» 1.

Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 424.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

1156

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Заляднов, Вадим Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.:.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ показателей работы карьеров, динамики объемов отходов горного производства и их воздействие на окружающую среду.

1.2. Анализ существующих способов складирования и направлений использования отходов, получаемых при открытой геотехнологии.

1.3. Существующие направления использования выработанного карьерного пространства.

1.4. Способы внутреннего отвалообразования.

1.5. Цель, задачи и методы исследований.

Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ГЕОРЕСУРСОВ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.

2.1. Имеющиеся и возможные виды продукции горного производства.

2.2. Систематизация направлений использования отвалов и выработанного пространства карьеров в виде новых гёоресурсов.

2.3. Анализ ценности формируемых техногенных георесурсов.

Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ.

3.1. Способы формирования и повышения ценности техногенных георесурсов.

3.2. Способ совместного формирования карьерного пространства и отвалов как техногенных георесурсов.

Выводы

4. ТЕХНИКО-ЭКРОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И РЕАЛИЗАЦИЯ

РАБОТЫ.

4.1. Рекомендации по формированию техногенных георесурсов и снижение ресурсоемкое™ на карьере «Малый Куйбас».

4.2. Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьере «Малый Куйбас».

43. Определение целесообразности использования ряда карьеров для складирования мартеновских и доменных шлаков.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование способов формирования техногенных георесурсов при открытой разработке железорудных месторождений"

Актуальность работы. В результате интенсивного развития горнодобывающей промышленности в ряде регионов России сформировано значительное количество техногенных образований в виде отработанных карьеров, складов некондиционных руд, отвалов минерализованных пород, которые являются причиной загрязнения почв и вод тяжелыми металлами, запыления поверхности земли и изъятия дорогостоящих земель из сельскохозяйственного оборота.

В настоящее время в России накоплено около 100 млрд. т отходов горнодобывающей отрасли. Значительную часть из них составляют породные отвалы. Породы отвалов могут иметь широкое применение в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Однако масштаб использования этих пород в целом незначителен и находится в пределах 3-10 %. Это является следствием того, что формирование отвалов зачастую осуществляется без учета возможности их дальнейшей переработки. Бессистемное складирование с перемешиванием горных пород различных типов впоследствии приводит к значительному росту издержек на их переработку.

Размещение вскрышных пород, использование которых в настоящее время нецелесообразно, в выработанном пространстве карьеров наиболее перспективно с точки зрения сохранности сельскохозяйственных земель и обеспечения высоких технико-экономических показателей открытых горных работ. Однако имеющегося практического опыта и научно-методической базы недостаточно для разработки эффективных способов внутреннего отвалообразования в действующих глубоких карьерах. В проектах практически не предусматривается использование выработанного пространства карьеров в качестве инженерных сооружений и различных емкостей.

Изменение подхода к проектированию и эксплуатации карьеров позволит формировать техногенные георесурсы в процессе отработки месторождений. Возможными направлениями освоения данных видов георесурсов являются: использование карьеров и отвалов в качестве элементов инженерных сооружений, переработка заскладированных руд, рекультивация отвалов .и выработанного пространства карьеров.

Однако слабая изученность закономерностей изменения ценности техногенных георесурсов от условий и способов их формирования, отсутствие систематизации самих способов не позволяют в полной мере использовать ресурсный потенциал отвалов и выработанного пространства карьеров.

Выбор и реализация способов формирования техногенных георесурсов позволит снизить ресурсоемкость открытого способа разработки, расширить область его эффективного применения, а также уменьшить вредное воздействие карьеров и отвалов на окружающую среду. Поэтому обоснование способов формирования техногенных георесурсов • при открытой разработке месторождений полезных ископаемых является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы: обоснование способов формирования техногенных георесурсов для снижения ресурсоемкости освоения железорудных месторождений открытым способом.

Идея работы заключается в том, что обоснование параметров карьеров и отвалов, выбор технологии разработки и складирования горных пород осуществляется на основе установленных зависимостей ценности техногенных георесурсов от условий и способа их формирования.

Объект исследования: техногенные образования, такие как отвалы горных пород и выработанное пространство карьеров.

Задачи исследования:

1. Анализ техногенных образований формируемых при работе карьеров, динамики объемов отходов горного производства и воздействия отвалов и карьеров на окружающую среду; анализ состояния методической базы формирования отвалов и выработанного пространства карьеров.

2. Обоснование перспективного использования техногенных образований горных предприятий; систематизация направлений использования отвалов и ' выработанного пространства карьеров в виде новых георесурсов.

3. Обоснование подхода к снижению ресурсоемкости открытой разработки месторождений, основанного на формировании и использовании новых техногенных георесурсов.

4. Разработка математической модели расчета ценности формируемых георесурсов; установление зависимостей ценности техногенных георесурсов от различных условий и способов их формирования.

5. Обоснование способов и разработка алгоритма формирования и повышения ценности техногенных георесурсов.

6. Оценка экономической эффективности формирования техногенных георесурсов при открытой разработке месторождений.

Научные положения, представленные к защите:

1. Отвалы вскрышных пород, склады некондиционных руд, выработанное пространство карьеров являются потенциальными техногенными георесурсами, ценность которых определяется способом и технологией их формирования. Критерием ценности является максимум прибыли, получаемой в результате формирования и использования данных георесурсов.

2. Ценность выработанного пространства карьера при использовании его в качестве емкости для складирования отходов определяется расстоянием транспортирования, классом опасности отходов, объемом и способом формирования карьерного пространства.

3. Повышение ценности формируемого карьерного пространства достигается изменением конструкции и специальной подготовкой участков борта, поставленных в предельное положение, для обеспечения безопасности и рационального складирования вскрышных пород.

Научную новизну работы составляют:

1. Подход к формированию новых видов техногенных георесурсов с учетом их ценности, обеспечивающий снижение ресурсоемкости открытой геотехнологии.

2. Математическая модель расчета ценности создаваемых при ведении открытых горных работ техногенных георесурсов, основанная на учете затрат на формирование георесурсов и возможных доходов от их дальнейшего освоения или реализации.

3. Зависимости ценности выработанного пространства карьера от расстояния транспортирования, объема и класса опасности складируемых отходов, позволяющие выбирать эффективные способы формирования техногенных георесурсов.

4. Способ формирования отвалов на верхних горизонтах карьера, обеспечивающий безопасность ведения горных работ на нижележащих горизонтах, сокращение расстояния транспортирования пород в отвал, уменьшение экологических платежей, предотвращение оползневых явлений.

Практическая значимость работы:

1. Разработан алгоритм выбора ресурсосберегающего способа складирования пород отвалов в зависимости от категорий вскрышных пород, классифицированных по технологии и экономической целесообразности их переработки.

2. Построены графики изменения приращения объема и высоты отвала складируемых пород от ширины вынимаемого слоя мягких пород верхних горизонтов карьера, позволяющие обосновать параметры формируемых отвалов.

3. Построена номограмма для определения экономической целесообразности использования карьерного пространства в качестве емкости для складирования промышленных отходов 4-го класса опасности.

Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами применения методических положений диссертации на карьере «Малый Куйбас» ГОП ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Методы исследований: методы обработки результатов исследований с использованием элементов математической статистики, экономико-математическое моделирование, методы системного, структурно-функционального и технико-экономического анализа.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности по руде на карьере «Малый Куйбас» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых Магнитогорского государственного технического университета, на научно-технических семинарах факультета горных технологий и транспорта Магнитогорского государственного технического университета, на научных семинарах НТЦ-НИИОГР (г. Челябинск), на международных симпозиумах: «Неделя горняка» (Москва, 2003, 2004 гг.), на Всероссийской конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов» (г. Магнитогорск).

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ и Правительства Челябинской области (ГРНТИ № ГБ 3-05 ВНП).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в' 6 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 130 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 102 наименований и 2 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Заляднов, Вадим Юрьевич

Выводы

1. Достижение необходимой интенсивности работ в Южной части карьера «Малый Куйбас» ограничивается недостатком количества горнотранспортного оборудования. Сокращение количества автомобилей, задействованных на вывозе горной массы из карьера, возможно за счет транспортирования вскрышных пород во внутренний отвал. Проведен анализ отработанного пространства карьера. Выявлено, что на восточном борту Южной части карьера имеется участок с широкими площадками до 40-60 м, на котором не ведутся работы. Исследования устойчивости показали, что на борту возможно размещение внутреннего о отвала, емкость которого составит 132 тыс. м . Экономический эффект, получаемый за счет снижения затрат на транспортирование, за занимаемые внешними отвалами площади, на экологические выплаты, составит 1,699 млн. р.

2. Анализ плана горных работ показал что, по мере постановки рабочих горизонтов 400 м, 370 м, 340 м в предельное положение, возможно увеличение внутреннего отвала до 2476 тыс. м3. Экономический эффект при этом составит 24,63 млн. р.

3. В настоящее время въезд в Южную часть карьера осуществляется по • внутренней траншее, что снижает свободную площадь на горизонте 430 м, которую можно использовать для формирования внутреннего отвала. Нами рассмотрена возможность увеличения емкости отвала за счет переноса трассы, объем внутреннего отвала на восточном борту Южной части карьера при этом составит 3246,8 тыс. м , а экономический эффект - 28,05 млн. р.

4. В работе обоснована целесообразность использования выработанного пространства карьера «Малый Куйбас» в качестве емкости для складирования мартеновских и доменных шлаков металлургического комбината. В настоящее время ценность карьерного пространства составляет 7,47 млрд. р., к концу разработки месторождения (2018 г.) она достигнет 26,79 млрд. р. В работе также обосновано использование карьера «Гранитный» и карьера Аккермановского рудника для складирования металлургических шлаков. Ценность карьеров соответственно составляет 2,1 млрд. р. и 15 млрд. р.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научно-практической задачи снижения ресурсоемкости открытой геотехнологии путем обоснования и выбора способов повышения ценности формируемых техногенных георесурсов. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

1. Установлено, что использование потенциала горных пород, заскладиро-ванных в отвалы, поверхностей отвалов, выработанного пространства карьеров в настоящее время не превышает 3-10 %. Низкое использование потенциала данных техногенных образований связано со слабой изученностью закономерностей изменения ценности техногенных георесурсов от условий и способов их формирования.

2. Обосновано разделение горных пород, складируемых в настоящее время в отвалах, на три категории в зависимости от технологии и экономической эффективности их возможного использования. Отвалы из пород каждой категории являются различными видами техногенных георесурсов и предусматривают соответствующую технологию и параметры их формирования.

3. Обосновано понятие ценности техногенного георесурса, под которым понимается денежное выражение стоимости всех полезных свойств, качеств или полезных компонентов, содержащихся в техногенных объектах, сформированных в результате горных работ, с учетом затрат на использование георесурсов или извлечение из георесурсов полезных компонентов. Доказано, что горные породы, заскладированные в отвалы, поверхности отвалов, выработанное пространство карьеров, имеют определенную ценность, величина которой зависит от условий и способов формирования техногенных георесурсов.

4. Разработана математическая модель определения ценности формируемых техногенных георесурсов. Она включает в себя: расчет ценности отвалов, формируемых с целью извлечения полезных компонентов; расчет ценности отвалов, формируемых в виде земляных сооружений, и расчет ценности карьерного пространства, используемого для складирования отходов. По критерию . максимальной ценности производится выбор оптимального способа формирования техногенных георесурсов. Разработан алгоритм выбора рационального, ресурсосберегающего способа складирования пород отвалов.

5. Установлено, что при использовании карьера в качестве емкости для складирования отходов промышленных предприятий ценность данного техногенного георесурса зависит от класса опасности складируемых отходов, расстояния транспортирования и от способов формирования карьера.

6. Предложена номограмма для определения экономической целесообраз- ■ ности использования выработанного пространства карьера в качестве емкости для складирования отходов 4-го класса опасности. Определение ценности выработанного карьера позволит на стадии проектирования или доработки выбрать направление дальнейшего использования карьерного пространства и способ его формирования. В случае положительного значения показателя ценности в расчет затрат и общей эффективности разработки месторождений открытым способом вносятся изменения с учетом использования нового вида георесурса.

7. Предложен способ формирования карьерного пространства, повышающий его ценность, который заключается в дополнительной выемке части слоя мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, и отсыпки на место вынимаемого слоя отвала из скальной вскрыши. Данный способ позволяет организовать отвал непосредственно на борту карьера при ведении горных работ на нижележащих горизонтах. Определены параметры отвала, которые зависят от ширины вынимаемого слоя мягких пород, их мощности и физико-механических свойств. Преимуществами предлагаемого способа являются:

- уменьшение среднего расстояния транспортирования до отвала;

- снижение экологических платежей и сокращение занимаемых отвалами площадей, так как часть отвальных пород складируется внутри карьера;

- предотвращение возможных оползневых явлений мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, вследствие пригрузки скальными породами.

8. Для повышения эффективности работы карьера «Малый Куйбас» предложено расширить использование его потенциальных возможностей. Широкие площадки восточного нерабочего борта южной части карьера предложено подготовить для складирования вскрышных пород, объем которых составит 132 тыс. м3. Разработаны рекомендации по формированию карьерного пространства, позволяющие увеличить приемную емкость карьера до 3,2 млн. м3 и обеспечить безопасность ведения горных работ при размещении вскрышных пород. Повышение ресурсного потенциала карьерного пространства становится возможным при переносе трассы, по которой осуществляется въезд в южную часть карьера. Внедрение предложенных рекомендаций позволит снизить среднее расстояние транспортирования вскрыши на 0,75 км; площадь, занимаемую отвалами - на 9 га; экологические выплаты - на 1,4 млн. р. Экономический эффект при внедрении предложенных рекомендаций составит 28 млн. р. за 4-летний период. В работе рассмотрена возможность использования выработанного пространства карьера «Малый Куйбас» в качестве емкости для складирования металлургических шлаков ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». К концу разработки месторождения ценность выработанного карьера составит 26,79 млрд. р.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Заляднов, Вадим Юрьевич, Магнитогорск

1. А.с. 1155755 СССР, МКИ ЗЕ 21С4/00. Способ открытой разработки крутопадающих месторождений / Шапарь Ш.Г., Лашко В .Т., Романенко А.В. и др. Опубл. 15.05.85. Бюл.№18

2. А.с. 1240895 СССР, МКИ ЗЕ 21С4/00. Способ открытой разработки крутопадающих месторождений с внутренним отвалообразованием / Шапарь Ш.Г., Лашко В.Т., Киковка В.Е. и др. 0публ.30.06.86. Бюл.№24

3. А.с. 690181 СССР, МКИ ЗЕ 21С4/00. Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых / Терентьев В.И., Куликов В.В., Баба-янц Г.М. и др. 0публ.05.10.79. Бюл.№37

4. А.с. 968402 СССР, МКИ ЗЕ 21С4/00. Способ открытой разработки крутопадающих месторождений при отработке глубоких горизонтов карьера / Бызов В.Н., Романенко А.В. и др. Опубл.23.10.82. Бюл.№39

5. Агошков М.И. Конструирование и расчеты систем и технологии разработки рудных месторождений. -М.: «Недра», 1965.

6. Агошков М.И., Гольдман Е.Л. Экономика горнорудной промышленности. — М.: «Недра», 1986 264с.

7. Антоненко Л.К., Зотеев В.Г. Проблемы безопасной эксплуатации хвостохранилищ // Горный журнал. 1998. №1

8. Арсентьев А.И. Определение производительности и границ карьеров. — М.: «Недра»,-1970.-320 с

9. Банчи Г.А. Исследования по извлечению меди из руды и концентратов биологическими способами. VIII Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых. Т. 2.Докл. Е-6. Л.: Ин-т Механобр., 1969.

10. Ю.Будков В.П., Ильин А.И. Построение потенциальной поверхности скольжения в изотропном массиве / Сб. науч. тр. ЦНИИ Горосушение. Белгород, 1967. - №9. — С.30-36.

11. Вклад Урала в горное производство Росси за 300 лет / Под ред. B.C. Хохрякова: Изд-во Уральской гос. горно-геолог. акад. Екатеринбург. 2004 С.185-201.

12. Габитов P.M. Управление параметрами и технология формирования отвалов на ограниченных площадях: Учеб. пособие. — Магнитогорск: МГМА, 1995,100 с.

13. Гавришев С.Е. Обоснование организационно-технологических методов повышения надежности и эффективности работы карьеров: Дис. .д-ра. тех. наук. Магнитогорск, 2002. - 305с.

14. Гавришев С.Е., Габитов P.M., Заляднов В.Ю. Размещение вскрышных пород при реконструкции карьера «Малый Куйбас». // Освоение месторождений полезных ископаемых: Межвуз. сб. науч. тр. — Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 10-14.

15. Гавришев С.Е., Заляднов В.Ю. Способы складирования отходов горного предприятия в зависимости от дальнейшего их использования // Материалы 62 НТК по итогам НИР за 2002-2003 гг. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 144146.

16. Галкин A.M. Исследование некоторых вопросов отстройки бортов и профилактики деформаций уступов рудных карьеров: Автореф. дис. . канд. тех наук. — Магнитогорск, 1970.-24с.

17. Галкин В.А. Исследование коммуникаций для автомобильного транспорта вскрышных пород на карьерах цветной металлургии: Дис. . канд. тех. наук. -Магнитогорск, 1979.

18. Галкин В.А. Технологические основы проектирования и планирования грузопотоков на рудных карьерах с автомобильным транспортом: Дисс.д-ра тех. наук. Магнитогорск, 1987. - 290с.

19. Геотехнические й экологические основы формирования отвалов: Учеб. пособие / А.П. Красавин, И.П. Маляров, P.M. Габитов, З.М. Кашапов. Магнитогорск: МГМА, 1997. 71 с.

20. Гидравлическое складирование хвостов обогащения / В.И. Кибирев, Г.А. Райлян, Г.Г. Сазонов-М. Недра. 1991. с.100-104.

21. Горная энциклопедия / Гл. ред. Е.А. Козловский. Ред. кол.: М.И. Агошков, JI.K. Антоненко, К.К. Арбиев и др. М.: Сов. энциклопедия. Т.4. 1991.-541 с.

22. Грязнов М.В. Разработка способов снижения ресурсоемкости технологических процессов на карьерах строительных материалов. Дис. канд. тех. наук. - Магнитогорск, 2001. - 118 с.

23. Гуменик И.Л., Матвеев А.С., Панасенко А.И. Классификация техногенных формирований // Горный журнал — 1988 №12 С. 53-54.

24. Демин A.M. Устойчивость открытых горных выработок и отвалов. — М.: «Недра», 1973.

25. Демин A.M., Шулкин О.И. Напряженное состояние и устойчивость отвалов в карьерах. -М.: «Недра», 1978.

26. Дороненко Е.П. Рекультивация земель, нарушенных открытыми разработками.-М.:, 1979.

27. Истомин В.В. Ресурсопроизводящие функции открытых горных работ. // Экологические проблемы горного производства, переработка и размещение отходов.-М.: 1995. С.115-120.

28. Истомин В.В.Об изучении грузопотоков. -М.: МГТУ, 1994.

29. К вопросу внутреннего отвалообразования на горнорудных предприятиях СССР. Труды института горного дела Минчермета СССР // В.А. Щелканов, А.Я. Элькин, Л.В. Сватковский — Свердловск: Изд-во ИГД Минчермета СССР, 1970,-Вып. 28. С. 117-119.

30. К.Н. Трубецкой, А.А. Пешков, Н.А. Мацко. Определение области способов разработки крутопадающих залежей с использованием заранее сформированного выработанного пространства карьера // Горный журнал — 1994, № 1. С.51-52.

31. Калабин Г.В., Воробьев А.Е., Титова А.В. Мониторинг техногенного преобразования окружающей среды территорий деятельности горнообогатительных комбинатов европейской части России // Горный журнал. — 2003. №12. С. 101-103.

32. Карлович И.А. Геоэкология / Учебник для высшей школы М.: Академический проект: Альма — Матер. 2005, С.311-313.

33. Кашапов З.М. Разработка технологии управляемого формирования отвальных массивов в выработанном пространстве глубоких карьеров: Автореф. дис. . канд. тех. наук. Алма-Ата, 1992.

34. Кикова В.Е. Обоснование рациональных параметров рабочей зоны карьера при отработке крутопадающих месторождений этапами с внутренним отвало-образованием: Автореферат дис. . канд. тех. наук. Днепропетровск, 1990.

35. Ковалевский В.А. Разработка технологии отвалообразования при засыпке глубоких карьеров: Автореф. дис. . канд. тех. наук. Кривой рог. 1990.

36. Козловский Е.А. Состояние и направления развития минерально-сырьевой . базы России // Горный журнал. 2003. №10. С. 4-7.

37. Комбинированная Геотехнология / Д.Р. Каплунов, В.Н. Калмыков, М.В. Рыльникова. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. - 560с.

38. Комплексное использование сырья и отходов. Б.М. Равич, В.П. Окладников, В.Н Лыгач. М.: Химия, 1988. С.59-61.

39. Кондрашина A.M., Богомолов Н.В. Влияние бактерий на выщелачивание меди из хвостов Балхашского хвостохранилища. Труды Казмеханобр. Сб.4. Алма-Ата, 1970.

40. Конончик Л.Е., Суслонова Г.Н. Складирование вскрышных пород в отрабо- . танное карьерное пространство как способ охраны окружающей среды. // Горный журнал. 2001. №7 С. 26-28.

41. Кузнецова Т.С. Обоснование параметров карьеров при комбинированной разработке крутопадающих месторождений. Дис. . канд. тех. наук. — Магнитогорск, 2003. 176с.

42. Кумачев К.А. Майминд В.Я. Проектирование железорудных карьеров. М.: Недра, 1981.464 с.

43. Лель Ю.И. Методы расчета параметров устойчивой работы автотранспорта глубоких карьеров: Дис. .д-ра тех. наук. — Екатеринбург, 1999. 292с.

44. Лодейщиков В.В. Бывальцев В.Я. Цветная металлургия. Бюлл. Сб.4. ЦНИИЭИЦМ, 1994.

45. Маляров И. П., Биишев Л.З. Пиритосодержащие хвостохранилища как объекты по разработке золотосодержащего сырья // Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМА, 1996. С. 82-89.

46. Мельников Н.В., Агошков М.И. Современное состояние и задачи научных исследований в области комплексного освоения и охраны недр // Научные проблемы комплексного освоения недр: Материалы Всесоюзн. Совещания. — М.: ИПКОН АН СССР, 1979. С.4-31.

47. Новиков А.А., Ястржембский И.Э. Перспективы развития сырьевой базы металлургии России // Горный журнал. 2002. №7. С.З.

48. Обоснование рационального направления развития горных работ в карьере «Малый Куйбас», в т.ч. размещение вскрышных пород. Отчет по научно-исследовательской работе. Магнитогорск: МГТУ, 2000.

49. Определение области развития карьерного пространства зонами концентрации при разработке месторождения «Малый Куйбас». Отчет по научно-исследовательской работе. Магнитогорск: МГТУ, 2001.

50. Освоение и сохранение недр земли. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997.-479 с.

51. Отвалообразование в зоне обрушений действующих шахт при открытых разработках. Совершенствование методов разработки рудных месторождений // В.В. Сазонов, М.М. Шестаков, В.Н. Романенко. М.: «Недра», 1966. С. 166-170.

52. Певзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. — М.: «Недра», 1990. 235 с.

53. Пешков А.А. Управление развитием горных работ на глубоких карьерах / Под ред. акад. К.Н. Трубецкого М.: ИПКОН РАН, 1999. -321 С. 241-257

54. Поклонский П.С. Высокие отвалы на карьерах // Горный журнал — 1957. №10. С. 31-33.

55. Попов С.И. Устойчивость бортов рудных карьеров. Автреф. Дис. д-ра тех. наук. М.: МГИ, 1960.

56. Правила' обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. С.Петербург, 1998.

57. Проектирование карьеров: Учеб. для вузов: В 2 т. — 2-е изд., перераб. и доп. / К.Н. Трубецкой, Г.Л. Краснянский, В.В. Хронин. М.: Издательство академии горных наук, 2001. - Т. 1. - 519с.

58. Промышленность России: Статистический сборник. М.: Госкомстат Рос- ■ сии. 2000. 462 с.

59. Радченко Д.Н. Разработка комбинированной геотехнологии освоения месторождения медно-колчедановых руд с комплексным использованием отходов их переработки: Дис. . канд. тех. наук. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 1628.

60. Разработка техногенных месторождений: Монография / И.П. Маляров, А.В. Сизиков, JI.3. Биишев Магнитогорск: МГТУ, 2002. 147 с.

61. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Учебник для Вузов. В двух частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация. 4-е изд. Перераб. и доп. — • М.: Недра. 1985.-549 с.

62. Рудницкая Н.В., Костерова Т.К., Кудряшова E.JI. Оценочные критерии геоматериалов, используемых для сооружения защитных экранов: Тез. Докл.

63. Научно-практического семинара на международной выставке «Уралэкология.1. Техноген-99», 1999.

64. Русский И.И. Технология отвальных работ и рекультивация на карьерах. — М.: Недра, 1979. 221 с.

65. Рыльникова М.В., Зиннуров А.В. Технология комплексного освоения запасов комбинированными горными работами // Экологические проблемы промышленных зон Урала: Сб. науч. тр. Международн. Научн.-техн. Конф. — Магнитогорск: МГТУ, 1998.

66. Секисов Г. В. Академическая наука горное производство. Круглый стол // Горный журнал. - 1991.№4. С. 12-16.

67. Советский энциклопедический словарь. 3-е изд. — М.: Сов. Энциклопедия, • 1985. 1600 с.

68. Способы отработки техногенных пиритосодержащих месторождений Урала. Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала / И.П. Маляров, P.M. Габитов, JI.3. Биишев

69. Справочник. Открытые горные работы / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Виницкий, Н.Н. Мельников. Горное бюро, 1994. 590 с.

70. Сухорученков А.И. Железорудная база черной металлургии России // Горный журнал. -2003. №10. С. 55-57.

71. Татаринцева О.С., Ворожцов Б.И. Переработка природного камня в теплоизо- • ляционные материалы // Горный журнал 2000. №4 С. 62-63.

72. Техногенные ресурсы минерального строительного сырья / Е.С. Туманова, А.Н. Цибизов, Н.Т. Блохов М.: Недра, 1991. 208 с.

73. Трубецкой К.Н., Пешков А.А. Определение области применения способов разработки крутопадающих залежей с использованием заранее сформированного выработанного пространства карьера // Горный журнал. — 1994. №1 С. 51-52

74. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н. Комплексное освоение техногенных месторождений // Горный журнал. 1992.№ 1. С. 12-16.

75. Труфанов Д.В., Щупановский В.Ф., Смирнов В.А. Комплексное использование пород вскрыши // Горный журнал 1997. №5-6 С. 62-64.

76. Укрепление откосов в карьерах / Г.Л. Фисенко, М.А. Ревазов, Э.Л. Галустьян -М.: «Недра», 1974.

77. Федеральная программа переработки техногенных образований свердловской области // Изв. Вуз. Горный журнал 1997. № 11 -12.

78. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов, —М.: Недра, 1965.

79. Холодняков Г.А Проектирование карьеров, разрабатывающих комплексные месторождения. Л.: ЛГИ, 1987. - 84с.

80. Холодняков Г.А. Определение границ карьера по расчетному эксплуатационному коэффициенту добычи // Проблемы теории проектирования карьеров. -Л.: ЛГИ, 1988.-С.31-34.

81. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений. М.: «Недра», 1991. -336 с.

82. Хохряков B.C. Проектирование карьеров. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: «Недра», 1980. 336 с.

83. Чижов Е.А., Рыбаков Ю.С., Пирмагомедов Д.А. Опыт химической рекультивации техногенных образований // Горный журнал. 2000. №1. С. 29-31.

84. Экология и охрана природы при открытых горных работах / П.И. Томаков, B.C. Коваленко, A.M. Михайлов, А.Т. Калашников М.: Ml ГУ, 1994,418 с.

85. Юматов Б.П., Бунин Ж.В. Строительство и реконструкция рудных карьеров. Изд. 2, перераб. и доп. М.: «Недра», 1978. 231 с.

86. Яковлев B.JL, Чайкина Г.М., Конорев М.М. Горная наука — экологическим проблемам // Урал: наука, экология. Екатеринбург: УрО РАН. 1999.

87. Bakterial leaching of Gold, uranium pyrite learing canpakted mine lailing slimes /Livesev Goldblatt. Erie // Fundum and App 1/ Biogidrometallurgie . Proc. 6 Int. Symp. Biogidromet. (Vankowver/ 1985.)

88. Dunkan D.W., e.a. Biologieal leaching of mill prodyukts Trans Canads. Int.' Mining and Metallurgy. - 1966. №329. V 69.

89. Lawson E. N., Taylor J.L. Hulge G. AM J.S. Afric. Int. Mining and Met. -1990.-№2. V. 90.

90. Meskova Lenka Nova tvar Velebudicke vysypky hippodrom / Zprav. Hnede uhli - 1999. №3