Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование способов вскрытия запасов за контурами карьеров при комбинированной разработке месторождений

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование способов вскрытия запасов за контурами карьеров при комбинированной разработке месторождений"

На правах рукописи

Ивашов Николай Александрович

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ВСКРЫТИЯ ЗАПАСОВ ЗА КОНТУРАМИ КАРЬЕРОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/

^—¿¿¿ги-г С С. .._

/

/

Магнитогорск 2007

□0305ЭЗЭЭ

003059399

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им Г И Носова»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Калмыков Вячеслав Николаевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Зубков Альберт Васильевич

Защита диссертации состоится «29» мая 2007 г в 14°° час на заседании диссертационного совета Д 212 111 02 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им Г И Носова» по адресу 455000, Челябинская область, г Магнитогорск, пр Ленина, д 38, малый актовый зал Факс (3519) 23-57-60, 29-84-26

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

Автореферат разослан «27» апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Осинцев Валерий Андреевич

Ведущая организация - ОАО «Уралгипроруда»

кандидат технических наук

О Е Горлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В результате освоения крутопадающих месторождений открытым способом остаются запасы, расположенные за предельными контурами карьеров, доработка которых более экономична подземным способом Анализ практики показывает, что наибольшее число рудников, осуществляющих освоение месторождений комбинированным способом, приходится на предприятия по разработке руд цветных металлов - более 60 % При этом 60-65 % рудников осуществляют отработку запасов, находящихся ниже отметки дна карьера, 15-18 % - в бортах карьеров и около 25 % - удаленных от карьера, отдельно расположенных залежей или участков месторождений Но во всех случаях эффективность освоения запасов во многом зависит от правильного выбора способа и системы вскрытия залежей за предельным контуром карьера

В отечественной практике освоения месторождений комбинированным способом наибольшее распространение получили традиционные способы вскрытия таких запасов с земной поверхности, характеризующиеся большими объемами работ и длительными сроками строительства рудников Только в последнее время стали использовать в качестве рудовыдачной или вспомогательной вскрывающей выработки карьерные съезды Использование карьерного пространства для вскрытия залежей за контуром карьера позволят в полной мере реализовать преимущества комбинированной геотехнологии

Создание единой системы вскрытия и подготовки запасов на различных этапах развития открытых и подземных работ, увязанных во времени и в пространстве, должно стать основой проектирования комбинированной разработки При этом карьерные транспортные системы и сам карьер целесообразно рассматривать как вскрывающие выработки для запасов, подлежащих подземной отработке, а вскрывающие подземные выработки могут быть использованы для вскрытия глубоких горизонтов карьера, что позволяет существенно снизить капитальные и эксплуатационные расходы предприятий

Разработка типовых систем и классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера для условий комбинированной отработки месторождений с обоснованием параметров и определением области эффективного применения каждого представляет весьма актуальную задачу

Целью работы является изыскание рациональных способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера при освоении месторождений комбинированной геотехнологией, обеспечивающих снижение капитальных и эксплуатационных затрат, а также сокращение сроков ввода подземного рудника в эксплуатацию

Идея работы заключается в обосновании путей снижения капитальных и эксплуатационных затрат, сокращении срока строительства подземного рудника за счет различных способов использования карьерного пространства для вскрытия запасов за предельными контурами карьеров

Объект исследований - запасы за предельными контурами карьеров, подлежащие отработке подземным и открыто-подземным способами

Предмет исследований - способы и системы вскрытия законтурных запасов и обоснование области их рационального применения Способ вскрытия определяет тип, число и назначение вскрывающих выработок, а система

вскрытия - последовательность и порядок проведения вскрывающих выработок, определенные во времени и в пространстве

Основными задачами исследования являются

- обобщение опыта вскрытия и подготовки месторождений, отрабатываемых комбинированным способом,

- анализ существующих тенденций и совершенствование методик выбора способов вскрытия месторождений,

- разработка типовых систем и классификация способов вскрытия законтурных запасов месторождений, осваиваемых комбинированными способами,

- обоснование методики определения рациональных параметров вскрытия запасов за предельным контуром карьеров,

- разработка рекомендаций и технико-экономическая оценка предлагаемых проектных решений

Научные положения, выносимые на защиту.

1 Выбор рационального варианта вскрытия запасов за контуром карьера определяется производственной мощностью подземного рудника, глубиной карьера, подземных откаточных горизонтов и удаленностью залежей от контура карьера и не зависит от вида и ценности полезного ископаемого

2 При расположении запасов в бортах карьера глубиной до 400 м вскрытие их автомобильным уклоном с поверхности предпочтительно при глубине расположения запасов от поверхности до 200-250 м и годовой производительности рудника до 1 млн т При большей глубине и производительности в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстояние менее 5-кратной глубины карьера целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении - вертикальными стволами с поверхности

3 При глубине расположения запасов ниже дна карьера до 200 м более экономичным является их вскрытие из карьерного пространства с помощью штолен и наклонных съездов или стволов, при большей глубине распространения запасов предпочтителен традиционный способ вскрытия посредством вертикальных стволов с поверхности

4 При традиционном способе вскрытия вертикальными стволами с поверхности организация горно-капитальных работ по строительству подземного рудника из карьерного пространства позволяет сократить сроки строительства на 1-3 года и получить дополнительный доход в размере 7-9 % за счет совмещения работ по сооружению подземных горизонтов и проходке стволов

Научная новизна

- методика выбора при проектировании способа и системы вскрытия запасов, расположенных за предельным контуром карьера, заключающаяся в оценке целесообразности использования карьерного пространства в качестве основной или вспомогательной вскрывающей выработки,

- области рационального использования карьерного пространства для целей вскрытия и подготовки приконтурных запасов и строительства подземного рудника,

- классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьеров по признаку использования карьерного пространства для вскрытия и освбения дорабатываемых запасов

Личный вклад автора состоит в

- анализе и обобщении теории и практики вскрытия запасов за предельными контурами карьеров,

- разработке способов вскрытия законтурных запасов при комбинированной геотехнологии,

- разработке экономико-математических моделей для оценки эффективности способов вскрытия,

- обосновании областей применения способов вскрытия с использованием карьерного пространства,

- разработке проектов по освоению законтурных запасов медноколче-данных месторождений Южного Урала

Практическое значение состоит в разработке вариантов вскрытия запасов за предельными контурами карьеров, обосновании параметров и области их применения, создании программного комплекса, позволяющего рассчитывать технико-экономические показатели вариантов вскрытия

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных, применением апробированных методик моделирования и эмпирических зависимостей, сопоставимостью результатов исследований с данными проектных организаций и горных предприятий

Методы исследований В работе использован комплекс методов исследований, включающий анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта вскрытия запасов за предельными контурами карьеров, методы проектирования и технико-экономической оценки проектных решений, экономико-математическое моделирование вариантов вскрытия, технико-экономические расчеты по обоснованию проектных решений и их внедрения, статистическую обработку результатов расчетов

Реализация рекомендаций, результаты исследований использованы при разработке проектов освоения месторождений Султановское, Терньер-ское, Юбилейное, внедрены в учебные курсы высшего профессионального образования «Проектирование рудников», «Вскрытие и подготовка рудных месторождений» для специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Геомеханика в горном деле» (Екатеринбург, 2000), «Неделя горняка» (Москва, 2003, 2004, 2005, 2007), «Комбинированная геотехнология развитие способов добычи и безопасность горных работ» (Магнитогорск - Сибай, 2003), ежегодных научно-технических конференциях по итогам НИР (Магнитогорск МГТУ), научно-технических совещаниях горнодобывающих предприятий «УГМК-Холдинг»

Публикации Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 96 наименований и содержит 166 страниц машинописного текста, 57 рисунков

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им Г И Носова» на кафедре подземной разработки месторождений полезных ископаемых

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры ПРМПИ МГТУ и отдела теории проектирования ИПКОН РАН, а также специалистам «УГМК-Холдинг» за оказанные консультации и помощь в проведении исследований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследованию вопросов вскрытия и подготовки месторождений при подземном и комбинированном способах разработки посвящены работы М И Агошкова, Д М Бронникова, К Н Трубецкого, Д Р Каплунова, А И Арсентьева, АС Воронюка, В А Гребенюка, ЮВ Демидова, В Р Именитова, В Н Калмыкова, А С Малахова, М В Рыльниковой, Н А Старикова, В Д Титова, В А Шестакова, В А Щелканова и др В этих работах сформулированы основные принципы выбора рациональных способов вскрытия, дана методика расчета параметров вскрытия, разработаны классификации, упрощающие процедуру выбора рациональных вариантов и предложены методики их экономической оценки Показано, что технические решения по вскрытию месторождений определяют объемы капитальных вложений при строительстве рудника и величину эксплуатационных затрат на стадии освоения запасов, безопасность и эффективность горных работ Отмечено, что предпочтительно применение комплексных схем вскрытия с выдачей горной массы из карьера и шахты по общим транспортным выработкам Указано, что степень использования выработанного пространства и выработок карьера для вскрытия, подготовки и отработки запасов переходной зоны является основным классификационным признаком технологических схем перехода от открытых к подземным работам Показано, что применение традиционных способов вскрытия с поверхности без использования карьерного пространства характеризуется увеличенными объемами капитальных работ, повышенными сроками строительства рудников вследствие увеличенной зоны геомеханического влияния карьера, необходимости размещения вскрывающих выработок в неблагоприятных местах, из-за занятости территории объектами открытых рудников, а также последовательного порядка сооружения вскрывающих выработок

Эти недостатки могут быть устранены на стадии комплексного проектирования открытых, открыто-подземных и подземных работ путем увязки проектных решений по способам разработки, в том числе и в части размещения вскрывающих выработок с учетом перспектив развития работ в карьере Добиться значительного снижения затрат и сроков строительства невозможно при традиционных подходах к выбору варианта вскрытия Использование карьера в качестве вскрывающей выработки позволяет существенно повысить эффективность комбинированной разработки

Такой опыт имеется как в отечественной, так и в зарубежной практике Карьер используется в качестве рудовыдачной или вспомогательной вскрывающей выработки, а также вспомогательной на стадии строительства подземного рудника

Для определения рациональных вариантов вскрытия запасов за контуром карьера целесообразно их разделять относительно расположения от контура карьера на приконтурные и удаленные от карьера К приконтурным запасам относятся рудные участки, непосредственно прилегающие к границам контура карьера или залегающие в непосредственной близости от них К удаленным запасам относятся рудные участки, не имеющие прямого выхода в карьерное пространство и находящиеся за пределами геомеханического влияния карьерной выемки В свою очередь, приконтурные запасы разделяются на прибортовые и придонные, а удаленные от карьера - на запасы, расположенные выше и ниже уровня его дна

Использование карьера в качестве вскрывающей выработки предполагает сооружение в нем перегрузочных узлов, размещение вентиляционных установок, поддержание карьерных дорог и коммуникаций, что зачастую при большой глубине карьера требует оставления в качестве охранных целиков части прикарьерных запасов В связи с этим использование глубоких карьеров в качестве рудовыдачной выработки не всегда бывает оправданным, вследствие необходимости длительного поддержания бортов карьера на время доработки запасов подземным способом и высоких затрат на транспортирование рудной массы по карьерным съездам Поэтому использование пространства глубоких карьеров для целей вскрытия и выдачи руды ограничивается чаще всего периодом совмещения подземных и открытых работ, а в качестве вспомогательной - временем строительства подземных рудников

Имеется также большой опыт использования карьерного пространства для размещения вспомогательных подземных выработок Как правило, из карьера проводятся штольни, наклонные съезды, с помощью которых производится доставка материалов, оборудования в шахту, подготовка блоков к очистной выемке, подача свежего и выброс загрязненного воздуха Использование карьерного пространства для транспортирования руды из шахты существенно изменяет технологическую схему и, как правило, усложняет ее вследствие необходимости устройства перегрузочных пунктов, усреднительных складов в карьере При этом наибольшее распространение получила комбинация карьерного и подземного автомобильного транспорта, хотя есть случаи применения шахтного рельсового транспорта в комплексе с карьерным автомобильным

На основании анализа применяемых способов вскрытия при комбинированной разработке месторождений для упрощения выбора при проектировании рационального варианта предложено классифицировать способы вскрытия запасов за контурами карьеров по признаку использования карьерного пространства на 4 класса (табл ) Классы делятся на группы по типу главной подземной вскрывающей выработки

В связи с многообразием и специфичностью горно-геологических и горнотехнических условий месторождений, осваиваемых комбинированным способом, для выбора предпочтительного варианта согласно предложенной классификации были разработаны типовые системы вскрытия приконтурных залежей в бортах и в основании карьера (рис 1) и удаленных от карьера запасов выше и ниже его дна (рис 2), а также исследованы области их рационального применения в условиях комбинированной геотехнологии

Таблица

Классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера при комбинированной разработке месторождений

Класс По признаку использования карьерного пространства По типу подземной вскрывающей выработки Особенности вариантов вскрытия Условия применения

1 С использованием карьерного пространства в качестве главной вскрывающей выработки Стволами или штольнями из карьера, комбинацией выработок Главные и вспомогательные подземные вскрывающие выработки проводятся из карьера, вспомогательные могут быть пройдены и с поверхности, выдача руды производится через карьер Освоение запасов ведется с сохранением бортов в устойчивом состоянии (системы разработки с закладкой, открытым очистным пространством)

II С частичным использованием карьерного пространства Стволами с поверхности и штольнями из карьера, комбинацией выработок Подземные вскрывающие выработки проводятся из карьера и с поверхности, часть руды выдается через карьер Освоение запасов ведется с сохранением бортов в устойчивом состоянии на отдельных участках (системы разработки с закладкой и с обрушением пород)

III С использованием карьерного пространства для вспомогательных целей Вспомогательными стволами, штольнями, комбинацией выработок Главные вскрывающие выработки проходятся с поверхности, вспомогательные - из карьера То же

IV 1 Без использования карьерного пространства Стволами с поверхности Все вскрывающие выработки проводятся с поверхности, выдача руды осуществляется через подземные выработки Отработка запасов ведется с обрушением бортов (системы разработки с обрушением)

я 6 в

пом с поверхности; б - скиповым с поверхности; в — наклонным автомобильным стволом; г - штольнями из карьера; д - наклонным стволом из карьера; е - предусматривающая строительство горизонтов из карьера

эй в

Рис.2. Типовые системы вскрытия удалённых от контура карьера запасов; а - штольней из карьера; б - наклонным стволом с поверхности; в - наклонным стволом из карьера; г - клетьевым стволом с поверхности; д - скиповым стволом с поверхности; е - предусматривающая строительство горизонтов из карьерного пространства

Для определения области рационального применения каждой из типовых систем вскрытия были оценены показатели эффективности в различных горно-геологических условиях. Каждый из вариантов прорабатывался технически и технологически и представлялся к сравнению в своем оптимальном виде Во всех схемах, предполагающих выдачу рудной массы через карьер, предусмотрены перегрузочные пункты вблизи порталов рудовыдачных штолен или стволов. Рассматривался также вариант выдачи рудной массы на поверхность с помощью подземных автосамосвалов,

В задаче выбора приоритетного способа вскрытия, когда варианты сопоставимы по объему и качеству продукции, срокам оценки и различаются лишь по первоначальным капитальным и годовым эксплуатационным затра-

там, источникам инвестирования средств в строительство подземного рудника, в качестве критериев сравнительной оценки приняты чистый дисконтированный доход (интегральный эффект) и срок окупаемости капитальных вложений Рациональным из числа возможных считался вариант, обеспечивающий получение за период эксплуатации вскрытых запасов наибольшего дисконтированного дохода при наименьшем сроке окупаемости

Для сравнительной оценки типовых способов вскрытия запасов за предельным контуром карьеров и определения области их применения были разработаны шесть базовых экономико-математических моделей по вариантам вскрытие подкарьерных и удаленных от карьера запасов с использованием карьерного пространства (модели 1 и 2), вскрытие запасов за предельным контуром в бортах и основании карьеров без использования карьерного пространства (модели 3, 4 и 5), использование карьерного пространства для строительства горизонтов подземного рудника (модель 6) Методика исследовательского геотехнологического моделирования предполагала оценку расчетных технико-экономических показателей для различных горногеологических и горнотехнических условий, конъюнктуры рынка металлов, тенденций ценообразования на горнодобычное и горнотранспортное оборудование

В связи с многообразием горно-геологических условий конкретных месторождений, осваиваемых комбинированным способом, в качестве объекта исследований было принято месторождение с большой глубиной распространения, отрабатываемое в верхней части карьером, в нижней - подземным рудником Рассматривались варианты с расположением приконтурных запасов в бортах карьера, в донной части, а также удаленных от карьера, находящихся выше и ниже уровня его дна

В общем виде экономико-математическая модель расчета ЧДД (э^) может быть представлена выражением

где т - срок существования рудника, включающий сроки строительства рудника, находился построением календарного графика или по эмпирическим зависимостям, годы,

Р{ - годовая выручка от реализации добытой рудной массы, определялась по известным зависимостям, учитывающим ценность полезного ископаемого, показатели извлечения металлов при добыче и переработке рудной массы, р , К( - годовые капитальные вложения на вскрытие дорабатываемых запасов

месторождения, включая затраты на строительство рудника и ввод новых горизонтов в процессе эксплуатации месторождения В расчетах учитывались вложения на сооружение горных вскрывающих выработок, поверхностных сооружений, приобретение подъемного и транспортного оборудования, сооружение перегрузочного узла Распределение вложений по годам строительства проводилось согласно календарному плану строительства, р ,

т

(1)

С^ - годовые эксплуатационные затраты на добычу руды подземным или открыто-подземным способами, включая затраты по технологическим процессам добычи Принимались по данным практики рудников в зависимости от производственной мощности рудника, принятой системы разработки и глубины горных работ, р ,

М; - сумма годовых амортизационных отчислений, рассчитываемых для поверхностных зданий и сооружений и горных выработок по потонной ставке, а для оборудования - по нормам амортизаций, р ,

С®кс- годовые эксплуатационные расходы горного предприятия по системе

вскрытия на транспорт, дробление и подъем рудной массы, водоотлив, рудо-перепуск, вентиляцию, поддержание выработок, содержание автодорог и прочие расходы, р , Е - норма дисконта, доли ед

Н( - годовые налоговые отчисления и иные обязательные финансовые платежи, включающие налоги на прибыль, имущество, добавленную стоимость, а также в местные бюджеты, р

Для расчетов ЧДД по каждому варианту вскрытия были получены обобщающие выражения, учитывающие специфику систем вскрытия

В качестве примера приведено выражение для оценки ЧДД в модели 1 т

ЭГ=]>2 с) Аг(1-Я) а Е Ц -

1=0

Л- Кнер 'п +

120 Н,-У?р эта

тр

. >6 , 2 ^к Р V6

Мб

А-

-+кп

"ср

Ци

Киоп пдн Псм "Гсм Кцс.м Чб

п А' К | ,5 , '20 Нг ,6,2 1-, пам Лг ^нер 1п н к +'р + г

I 5[П«Т„

^тр

ср ;

Кием пдн "^м "^см

НГ Мб

•+Кшт

Р.+

(2)

Кисп пдн псм Тсы Кисм qg

пм А "ам мг

,м , 1201-п

1П --:: 1р

V

ср

пдн псм Тсн

_эко к- пвсп , Кцл- Аг — пам ^экс+пам ^всп +-^-

-Сд Аг - (0,00043 Нг Аг+0,005 Аг+000г' Аг)-0,16 Аг Ьп

Р П^-Н,

(1 + Е)'

где с! - коэффициент, определяющий долю затрат по вскрытию и подготовке месторождений в себестоимости добычи подземным способом, доли ед, Ц6 , Цм - стоимость автосамосвалов для открытых и подземных работ, р ,

кисп. кисм _ коэффициенты использования парка машин и машины в течение

смены, доли ед,

1-п, |_ск - расстояние транспортирования от места добычи до перегрузочного пункта и от перегрузочного пункта до усреднительного склада, км, Ц - цена полезного компонента, р /т, а - содержание полезного компонента в руде, %,

И, е - коэффициенты, соответственно, разубоживания рудной массы, извлечения при переработке, доли ед ,

'п . {р . . 1р _ время на погрузку и разгрузку транспортного средства, соответственно, для карьерных и подземных автосамосвалов, ч, Уср . - средние скорости движения карьерных и подземных автосамосвалов, км/ч,

Р, - коэффициент распределения инвестиций по годам строительства рудника, доли ед,

пам. Пдм, п1„с, п1мп - нормы амортизационных отчислений, соответственно, карьерных автосамосвалов, подземных автосамосвалов типа МоАЗ, экскаваторов, вспомогательного оборудования, доли ед, Сд - стоимость очистных работ 1 т рудной массы, р /т, Нг - глубина расположения откаточного горизонта от земной поверхности, м, кнер - коэффициент неравномерности добычи, доли ед , Аг - производственная мощность рудника, т/год,

кшт . Кпп. К экс, Квсп - капитальные затраты, соответственно, на проведение штолен, оборудование перегрузочного пункта, приобретение экскаваторов и вспомогательного оборудования, р, атр~ угол наклона карьерной трассы, град,

пдн. псм > тсм, псм * т2м - количество рабочих дней в году, смен в сутки, число часов в смену, соответственно для открытых и подземных работ

Если используется другой вид транспорта руды из очистных забоев до перегрузочного пункта, например железнодорожный, то взамен капитальных, эксплуатационных и амортизационных затрат на автотранспорт вводятся аналогичные затраты по применяемому виду откатки

При обосновании области применения различных вариантов вскрытия в условиях комбинированной разработки в качестве основных выступают производственные и пространственные параметры запасы, извлекаемая ценность руд, производительность и срок существования рудника, глубина расположения вскрываемых запасов от дна карьера,поверхности,удаленность от бортов

Из конструктивных особенностей карьера, определяющих выбор способа вскрытия, наибольшее влияние оказывают наличие и состояние берм, площадок, удобных для размещения вскрывающих выработок и перегрузочных узлов, вид и трассировка капитальной траншеи, состояние бортов карьера, находящихся в предельном положении на момент вскрытия запасов и в процессе очистных работ, наличие дренажных выработок, их состояние и схемы расположения

Существенно отражается на эффективности способов вскрытия трассировка капитальной траншеи Наиболее благоприятный вариант для вскрытия

из карьера - расположение капитального съезда по одному из бортов В этом случае производство очистных работ не ведет к его подработке, оставлению части запасов в охранных целиках

В процессе моделирования был исследован достаточно широкий диапазон горно-геологических условий и технологических параметров месторождений и рудников Так, глубина карьера изменялась от 50 до 400 м, глубина расположения запасов от поверхности - до 750 м, производственная мощность предприятия - от 0,25 до 2 млн т/год, простирание запасов от дна карьера - до 400 м, удаленность изолированных залежей от борта карьера - до 3 км, условное содержание полезных компонентов - от 3 до 7 % Срок строительства рудника определялся расчетом согласно производственной мощности рудника по эмпирическим зависимостям или путем календарного планирования, а объемы погашаемых запасов - по сроку существования рудника и производительности Горизонт дисконтирования - до 15-20 лет

При геотехнологическом моделировании вскрытия для запасов в бортах карьеров сравнивались показатели по вариантам вскрытия из карьерного пространства (модель 1), с помощью наклонных стволов с поверхности, оборудованных автомобильным подъемом (модель 4), и вертикальных - с клетьевым подъемом (модель 5) и скиповым подъемом (модель 3) Для придонных запасов рассматривались варианты вскрытия штольнями с наклонным съездом или наклонным стволом, проводимыми из карьера, и с помощью выработок с поверхности (модели 3,4,5) В случае вскрытия удаленных залежей от борта или дна карьера дополнительно оценивался вариант использования карьера в качестве вспомогательной выработки для строительства подземных горизонтов (модель 6), если при этом уменьшался срок ввода рудника в эксплуатацию

Влияние производственной мощности строящегося подземного рудника на ЧДЦ имеет прямо пропорциональный характер как при традиционных способах вскрытия, так и для вариантов вскрытия из карьерного пространства (рис 3) Аналогичен характер роста дисконтированного эффекта от ценности (содержания полезного компонента) добываемой руды, чем выше содержание, тем выше интенсивность нарастания эффекта В том случае, если содержание полезного компонента не обеспечивает безубыточность освоения месторождения, то с ростом добываемых объемов наблюдается увеличение убытков Однако, вид и ценность полезного компонента не влияют на определение приоритетной системы вскрытия

2600 2000 Г 1600 > 1000

Рис 3 Графики зависимости интегрального дисконтированного эффекта от производственной мощности рудника по вариантам вскрытия а - рудовы-дачным автомобильным уклоном, пройденным из карьера, б - скиповым стволом с поверхности, в - клетевым рудовыдачным стволом с поверхности при содержании условной меди — с=з% — с=5% -•■ с=7%

Горно-геологические особенности вскрываемых запасов за предельным контуром карьера имеют определяющее значение при выборе рационального способа вскрытия В качестве благоприятных горно-геологических факторов для вскрытия и освоения приконтурных запасов следует считать большие объемы, компактное расположение запасов, отсутствие отдельных изолированных участков, наличие пережимов рудных тел, безрудных целиков, пригодных для размещения там вскрывающих выработок и не требующих оставления барьерных целиков, а неблагоприятных - большую удаленность запасов от контура, выход запасов на предельный контур и растянутость по всему периметру борта, расположение выездных траншей над рудными участками, наличие участков нарушенных пород в бортах карьеров

Исследования показали, что увеличение глубины расположения при-бортовых запасов от поверхности сопровождается снижением интегрального эффекта Когда запасы располагаются в донной части карьера, то на величину дисконтированной прибыли оказывает существенное влияние глубина карьера и расстояние откаточного горизонта от дна карьера, то есть глубина расположения запасов Во всех моделях наблюдается снижение прибыли с увеличением глубины горных работ

На выбор варианта вскрытия оказывает существенное влияние удаленность вскрываемых запасов в бортах карьера от его контура, так как при этом транспортные расходы на откатку руды и затраты на проведение горных выработок возрастают Глубина расположения прибортовых запасов от земной поверхности отрицательно сказывается на величине дисконтированного интегрального эффекта по всем сравниваемым вариантам Особенно значимо это влияние проявляется в вариантах вскрытия автоуклонами с поверхности, в меньшей степени - при использовании клетьевых и скиповых стволов на больших глубинах, и практически не отражается при вскрытии штольнями из карьера

На рис 4 видно, что увеличение длины откатки ведет к снижению интегрального эффекта, хотя интенсивность его уменьшения не высокая (1,5-2,0 % на 1 км) Следовательно, запасы в бортах и основании карьера эффективно вскрывать из карьера даже при большой удаленности залежи от карьера

I1200

Р- 600 ------

«00------

200 --——;---

о . :--'== —

-200 -----

0 12 3 4 Длина штольни, Ln км

Рис 4 Графики зависимости ЧДД от длины вскрывающей штольни при различной глубине заложения (Нп) и производительности рудника 0,5 млн т/год а - Нп=0,2 км б - Нп=0,4 км при содержании условной меди в руде —с=з% — c=s% ~ с=7%

При расположении запасов в бортах карьера глубиной до 400 м вскрытие их автомобильным уклоном с поверхности предпочтительно при глубине

б)

1600

1400

1200

£1000

т >00

i 600

400

э 200

J 0

-200

-400

0 1 2 3 4 6 Длина штольни, Ln, км

расположения запасов от поверхности до 200-250 м и годовой производительности рудника до 1 млн т При большей глубине и производительности в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстояние менее 5-кратной глубины карьера целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении - вертикальными стволами с поверхности (рис 5) а) б) в)

15000 •

„ 14000 -£

* 13000 •

5

_12000 -Т 11000 •

290 260 1 270 £ 260

[ 240 230 220

N

\

\

\

12000 £ 11000

N

ч --

—

ч

О 250 350 450 Глубина горных работ м

—»¡»—клетевой ствол -скиповои ствол

150 250 350 450 550 150 250 350 450 550

Глубина горных работ м Глубина горных работ м

Рис 5 Графики зависимости ЧДД от глубины разработки для вариантов вскрытия штольней из карьера, наклонным съездом с поверхности и вертикальным стволом при содержании полезного компонента С= 5 % а - производительность рудника 05 6-10 в-20 млн т/год

—С—штольня L= 1000 м -о—штольня L=2500 м -о-штольня L=3000 м -■— накл съезд с пов-ти

С увеличением глубины работ (>250 м) эффективность вариантов вскрытия автоуклонами снижается, они становятся неконкурентными способами вскрытия из карьера даже при значительном удалении залежи от борта (до 2 км) Кроме глубины работ существенно отражается на области применения автомобильных уклонов производственная мощность горных предприятий Из установленных зависимостей следует, что с ростом объемов добычи автоуклоны теряют свои преимущества и уступают вариантам вскрытия штольнями, вертикальными клетьевыми и скиповыми стволами

В случае расположения запасов ниже уровня дна карьера экономическая оценка производилась для следующих вариантов вскрытия автоуклонами с поверхности (модель 4), скиповыми стволами (модель 3), клетьевыми стволами (модель 5) Результаты расчетов интегрального эффекта показывают, что использование автоуклонов, проводимых с поверхности, экономично только при неглубоком расположении придонных запасов (до 200-250 м) При больших глубинах этот вариант экономически нецелесообразен (рис 6) а) б) в)

1

V

V

\ Ч--Ч — N N ч

W ^ . \

11500 ^11000

£10500 § 10000 р 8500 9000 8500

\\

\ w

\\ V Л-

14000 13500 ^13000 | 12500 ' 12000 р11500 11000 10500

лЛ

\ \ ^ _

\ \

\ \ - \

\ \ - \

0 350 550 750 Глубина горных работ м

50 350 550 750 Глубина горным работ м

S0 350 5SO 750 Глубина горных работ м

Рис 6 Графики зависимости ЧДД от глубины разработки для вариантов вскрытия наклонным съездом с поверхности, наклонным съездом из карьера и вертикальным стволом при содержании полезного компонента С=5% и производительность рудника а -0,5 6-10 в-20 млн т/год

—С^накл съезд из карьера Н=200 м -О— накл съезд из карьера Н=300 м —»-скиповои ствол -й-накл съезд из карьера Н=400 м -в-накл съезд с пов-ти -А-кпетевои ствол

Исследования показывают, что при глубинах расположения вскрываемых в дне карьера запасов более 200 м, наиболее экономичными являются традиционные способы вскрытия с помощью вертикальных кпетьевых и скиповых стволов, проводимых с поверхности, причем с ростом глубины карьера и расположения откаточных горизонтов, преимущество этих способов, по сравнению с вариантами вскрытия из карьера, увеличивается

Результаты геотехнологического моделирования показали, что использование карьерного пространства позволяет сократить срок строительства рудника на 1-3 года и получить дополнительный доход 7-9 % по сравнению с традиционными способами строительства рудника

С использованием предлагаемой методики выбора рациональных способов вскрытия запасов, находящихся за предельным контуром карьеров, было проведено конструирование, проработка и оценка вариантов вскрытия законтурных запасов медно-колчеданных месторождений Султановское, Тарнь-ерское и Юбилейное

По каждому месторождению рассмотрено по три варианта вскрытия запасов традиционное вскрытие с поверхности, вскрытие с использованием карьерного пространства как рудовыдачной выработки, вскрытие стволами с поверхности и с использованием карьера для целей строительства горизонта, го есть как вспомогательной выработки После технической проработки варианты подвергались экономической оценке эффективности инвестиций на освоение месторождений

Разработка Султановского медно-колчеданного месторождения осуществляется комбинированным способом верхняя часть - карьером «Центральный», оставшиеся запасы - подземным способом Производственная мощность подземного рудника 250 тыс т/год, объем добычи 2573 тыс т, содержание меди 2,53 %, цинка 0,87 % Предложенная рациональная схема вскрытия представлена на рис 7

Султановское

При использовании карьера в качестве рудовыдачной выработки требуются минимальные капитальные вложения в строительство рудника и обес-1ечивается максимальная прибыль при сроке окупаемости инвестиций 6 лет, то ведет к росту ЧДД на 7,2 % по сравнению с базовым вариантом вскрытия ертикальными клетьевыми стволами, проводимыми с поверхности

Экономическая оценка вариантов вскрытия Тарньерского медно-олчеданного месторождения (рис 8) показала, что освоение месторождения ри всех вариантах вскрытия не является экономически целесообразным

Использование традиционного способа вскрытия стволами, проходимыми с поверхности, дает отрицательную текущую стоимость проекта (минус 52,8 млн р) Переход на вариант вскрытия из карьера с помощью штолен и наклонных съездов уменьшает объем инвестиций на 15,7 % и позволяет получить положительную чистую текущую стоимость проекта (14,6 млн р )

Рис 8 Вскрытие законтурных запасов Тарньерского месторождения

Месторождение «Юбилейное» характеризуется большими объемами запасов, в том числе и за контуром одноименного карьера, которые представлены изолированными массивными крутопадающими рудными телами с большой глубиной распространения, Были проработаны два варианта вскрытия запасов с использованием карьера для вскрытия части запасов и без его участия (рис 9) Экономическая оценка показала преимущество варианта вскрытия, предусматривающего строительство основных горизонтов +160, +80, 0 м залежей 4 и 5 из карьера и организацию добычных работ ранее на три года по отношению к сроку ввода объектов по основной схеме вскрытия Организация строительства горизонтов из карьера влечет увеличение инвестиций на 11-13 млн р в зависимости от производственной мощности, которые окупаются за счет досрочного ввода подземного рудника в эксплуатацию

Рис 9 Варианты вскрытия законтурных запасов месторождения «Юбилейное»1 а - стволами с поверхности и штольнями и наклонным съездами, проводимыми из карьера для строительства гор+160,+80,0 м, б - стволами с поверхности

Таким образом, использование разработанных в диссертации рекомендаций для проектирования систем вскрытия месторождений позволяет получить дополнительно чистый дисконтированный доход по сравнению с традиционными вариантами вскрытия с поверхности по Султановскому месторождению - 37,8, Тарньерскому - 13,5 и Юбилейному-108 млн р

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-практической задачи - разработана методика изыскания рациональных способа и системы вскрытия запасов за предельными контурами карьеров при проектировании комбинированной геотехнологии Основные выводы заключаются в следующем

1 При проектировании способов вскрытия запасов за проектными контурами карьеров карьерные съезды и сами карьерные выемки должны рассматриваться в качестве вскрывающих выработок, что позволяет уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, сократить сроки ввода подземного рудника в эксплуатацию

2 Проектирование систем вскрытия запасов за предельным контуром карьера следует осуществлять в рамках единого проекта, учитывающего требования освоения запасов на всех этапах развития горных работ в части размещения отвалов на поверхности и внутри карьера, оставления берм и площадок в перспективных местах заложения вскрывающих подземных выработок, рациональной трассировки капитальной траншеи, обеспечения возможности использования технологического комплекса карьера, вспомогательных цехов на стадии подземной разработки

3 Доказано, что способ вскрытия запасов за предельным контуром карьера зависит преимущественно от глубины карьера, удаленности запасов от поверхности и карьерной выемки и производительности подземного рудника, а вид и ценность полезного ископаемого не оказывают влияние на выбор рационального варианта

4 Предложена классификация способов вскрытия запасов за проектными контурами карьеров по признаку использования карьерного пространства для вскрытия запасов за его контуром В соответствии с классификацией разработаны 6 типовых систем вскрытия приконтурных запасов, непосредственно выходящих в борта и основание карьеров, и 6 типовых систем вскрытия удаленных от карьера запасов, расположенных выше и ниже уровня его дна

5 Дана методика выбора рационального варианта вскрытия запасов за контуром карьера в зависимости от его глубины, месторасположения и удаленности залежей от контура карьерной выемки, а также производительности подземного рудника

6 Определена предельная глубина вскрытия придонных запасов рудо-выдачными автомобильными уклонами, проводимыми из карьера, равная 200 м При больших глубинах распространения запасов в дне карьера эконо-

мически предпочтительными являются традиционные способы вскрытия с помощью вертикальных клетьевых и скиповых стволов, проводимых с поверхности, причем с ростом глубин расположения откаточных горизонтов и карьера преимущество этих способов, по сравнению с вариантами вскрытия из карьера, увеличивается

7 Показано, что с ростом глубины карьера наблюдается снижение дисконтированного эффекта (5 % на каждые 80 м глубины карьера) от применения вскрытия автомобильными уклонами из карьера, определяемое увеличением дальности транспортирования рудной массы карьерными самосвалами

8 Установлено, что при расположении запасов в бортах карьера глубиной до 400 м вскрытие их автомобильным уклоном с поверхности предпочтительно при глубине расположения запасов от поверхности до 200-250 м и годовой производительности рудника до 1 млн т При большей глубине и производительности в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстояние менее 5-кратной глубины карьера целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении - вертикальными стволами с поверхности

9 Доказано, что использование карьерного пространства для вскрытия запасов за контуром карьеров сокращает срок строительства рудника на 1-3 года и позволяет получить дополнительный доход 7-9 % по сравнению с традиционными способами строительства рудника

10 Определены рациональные варианты вскрытия законтурных запасов медно-колчеданных месторождений Султановское, Тарньерское и Юбилейное, что позволило получить дополнительно чистый дисконтированный доход по сравнению с традиционными вариантами вскрытия с поверхности соответственно 37,8, 13,5 и 108 млн р в ценах 2007 г

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1 Ивашов Н А Особенности вскрытия месторождений при освоении их комбинированным способом /В Н Калмыков, Н А Ивашов //Подземная разработка мощных рудных месторождений Межвуз сб науч тр /МГТУ - Магнитогорск, 1999 - С 6-10

2 Ивашов Н А Технологические решения по переходу Сибайского рудника на комбинированную технологию освоения запасов /В Н Калмыков, М В Рыльникова, А В Зиннуров, Н А Ивашов //Горный информационно-аналитический бюллетень -М МГГУ - 2000-№ 8 - С 150-153

3 Ивашов Н А Оценка геомеханического состояния массива Сибайского месторождения при выемке запасов открыто-подземного яруса/ М В Рыльникова, Н А Ивашов, В Н Калмыков //Геомеханика в горном деле- 2000 тезисы доклада Международной конференции /ИГД УРО РАН - Екатеринбург, 2000 -С 32-33

4 Ивашов Н А Оценка устойчивости массива при освоении запасов в основании Сибайского карьера комбинированными горными работами

/В Н Калмыков, А В Зиннуров, Н А Ивашов //Горный информационно-аналитический бюллетень - М МГГУ -2001 -№4 -С 156-157

5 Ивашов Н А Вскрытие при комбинированной разработке медно-колчеданных месторождений /М В Рыльникова, В Н Калмыков, Н А Ивашов //Горная промышленность - 2003 - № 2 - С 38-42

6 Ivachov N Combined mining of copper pirite deposits/ M Rylnikova, V Kalmykov, N Ivachov//M Russian mining 2003-Vol4 -P 21-24

7 Ивашов H А Оценка возможности вовлечения в разработку законтурных запасов разрезов Челябинского буроугольного бассейна /Н А Ивашов, В И Горбунов, И Т Слащилин //Освоение месторождений полезных ископаемых Межвуз сб науч тр /МГТУ - Магнитогорск, 2004 - С 4-10

8 Ивашов Н А Обоснование способа вскрытия запасов за предельным контуром карьера/Н А Ивашов//Вестник МГТУ им Г И Носова -2007-№1 -С 9-14

9 Ивашов Н А Эффективные схемы вскрытия и комбинированной отработки рудных месторождений /М В Рыльникова, В Н Калмыков, Н А Ивашов //Недропользование XXI век - 2007 - № 2 - С 52-54

Подписано в печать 26 04 07 Формат 60x84 1/16 Бумага тип № 1

Плоская печать Уел печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 261

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ивашов, Николай Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Краткая горно-геологическая характеристика месторождений, как объекта комбинированной разработки.

1.2. Отечественная и зарубежная практика вскрытия и освоения законтурных запасов при комбинированной разработке месторождений.

1.3. Современное состояние изученности вопросов вскрытия месторождений.

1.4. Задачи и методы исследований.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВСКРЫТИЯ ЗАПАСОВ ЗА ПРЕДЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ КАРЬЕРА

2.1. Классификация запасов месторождений, осваиваемых комбинированной геотехнологией.

2.2. Классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера при комбинированной разработке месторождений.

2.3. Способы выдачи запасов руд приконтурных зон.

2.4. Конструирование систем вскрытия законтурных запасов месторождений и их характеристики.

2.5. Методика оценки и выбора рационального варианта вскрытия законтурных запасов при комбинированной разработке месторождений.

Выводы.

3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ ВСКРЫТИЯ ЗАКОНТУРНЫХ ЗАПАСОВ.

3.1. Разработка экономико-математических моделей для оценки эффективности способов вскрытия.

3.2. Исследование влияющих факторов на эффективность способов вскрытия запасов за предельными контурами карьеров.

3.3. Обоснование способов вскрытия запасов за предельным контуром карьеров.

Выводы.

4. АПРОБАЦИЯ ВАРИАНТОВ ВСКРЫТИЯ ЗАПАСОВ ЗА ПРЕДЕЛЬНЫМИ КОНТУРАМИ КАРЬЕРОВ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА.

4.1. Разработка и оценка способов вскрытия запасов вне контура карьеров на примере медноколчеданных и золотоносных месторождений Урала.

4.2. Методика выбора рационального способа вскрытия запасов за предельными контурами карьеров.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование способов вскрытия запасов за контурами карьеров при комбинированной разработке месторождений"

Актуальность работы. В результате освоения крутопадающих месторождений открытым способом остаются запасы, расположенные за предельными контурами карьеров, доработка которых более экономична подземным способом. Анализ практики показывает, что наибольшее число рудников, осуществляющих освоение месторождений комбинированным способом, приходится на предприятия по разработке руд цветных металлов - более 60 %. При этом 60-65 % рудников осуществляют отработку запасов, находящихся ниже отметки дна карьера, 15-18 % - в бортах карьеров и около 25 % -удаленных от карьера, отдельно расположенных залежей или участков месторождений. Но во всех случаях эффективность освоения запасов во многом зависит от правильного выбора способа и системы вскрытия залежей за предельным контуром карьера.

В отечественной практике освоения месторождений комбинированным способом наибольшее распространение получили традиционные способы вскрытия таких запасов с земной поверхности, характеризующиеся большими объемами работ и длительными сроками строительства рудников. Только в последнее время стали использовать в качестве рудовыдачной или вспомогательной вскрывающей выработки карьерные съезды. Использование карьерного пространства для вскрытия залежей за контуром карьера позволят в полной мере реализовать преимущества комбинированной геотехнологии.

Создание единой системы вскрытия и подготовки запасов на различных этапах развития открытых и подземных работ, увязанных во времени и в пространстве, должно стать основой проектирования комбинированной разработки. При этом карьерные транспортные системы и сам карьер целесообразно рассматривать как вскрывающие выработки для запасов, подлежащих подземной отработке, а вскрывающие подземные выработки могут быть использованы для вскрытия глубоких горизонтов карьера, что позволяет существенно снизить капитальные и эксплуатационные расходы предприятий.

Разработка типовых систем и классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера для условий комбинированной отработки месторождений с обоснованием параметров и определением области эффективного применения каждого представляет весьма актуальную задачу.

Целью работы является изыскание рациональных способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера при освоении месторождений комбинированной геотехнологией, обеспечивающих снижение капитальных и эксплуатационных затрат, а также сокращение сроков ввода подземного рудника в эксплуатацию.

Идея работы заключается в обосновании путей снижения капитальных и эксплуатационных затрат, сокращении срока строительства подземного рудника за счет различных способов использования карьерного пространства для вскрытия запасов за предельными контурами карьеров.

Объект исследований - запасы за предельными контурами карьеров, подлежащие отработке подземным и открыто-подземным способами.

Предмет исследований - способы и системы вскрытия закогтурных запасов и обоснование области их рационального применения. Способ вскрытия определяет тип, число и назначение вскрывающих выработок, а система вскрытия - последовательность и порядок проведения вскрывающих выработок, определенные во времени и в пространстве.

Основными задачами исследования являются:

- обобщение опыта вскрытия и подготовки месторождений, отрабатываемых комбинированным способом;

- анализ существующих тенденций и совершенствование методик выбора способов вскрытия месторождений;

- разработка типовых систем и классификация способов вскрытия законтурных запасов месторождений, осваиваемых комбинированными способами;

- обоснование методики определения рациональных параметров вскрытия запасов за предельным контуром карьеров;

- разработка рекомендаций и технико-экономическая оценка предлагаемых проектных решений.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Выбор рационального варианта вскрытия запасов за контуром карьера определяется производственной мощностью подземного рудника, глубиной карьера, подземных откаточных горизонтов и удаленностью залежей от контура карьера и не зависит от вида и ценности полезного ископаемого.

2. При расположении запасов в бортах карьера глубиной до 400 м вскрытие их автомобильным уклоном с поверхности предпочтительно при глубине расположения запасов от поверхности до 200-250 м и годовой производительности рудника до 1 млн.т. При большей глубине и производительности в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстояние менее 5-кратной глубины карьера целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении - вертикальными стволами с поверхности.

3. При глубине расположения запасов ниже дна карьера до 200 м более экономичным является их вскрытие из карьерного пространства с помощью штолен и наклонных съездов или стволов, при большей глубине распространения запасов предпочтителен традиционный способ вскрытия посредством вертикальных стволов с поверхности.

4. При традиционном способе вскрытия вертикальными стволами с поверхности организация горно-капитальных работ по строительству подземного рудника из карьерного пространства позволяет сократить сроки строительства на 1-3 года и получить дополнительный доход в размере 7-9 % за счет совмещения работ по сооружению подземных горизонтов и проходке стволов.

Научная новизна:

- методика выбора при проектировании способа и системы вскрытия запасов, расположенных за предельным контуром карьера, заключающаяся в оценке целесообразности использования карьерного пространства в качестве основной или вспомогательной вскрывающей выработки;

- области рационального использования карьерного пространства для целей вскрытия и подготовки приконтурных запасов и строительства подземного рудника;

- классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьеров по признаку использования карьерного пространства для вскрытия и освоения дорабатываемых запасов.

Личный вклад автора состоит в:

- анализе и обобщении теории и практики вскрытия запасов за предельными контурами карьеров;

- разработке способов вскрытия законтурных запасов при комбинированной геотехнологии;

- разработке экономико-математических моделей для оценки эффективности способов вскрытия;

- обосновании областей применения способов вскрытия с использованием карьерного пространства;

- разработке проектов по освоению законтурных запасов медноколче-данных месторождений Южного Урала.

Практическое значение состоит в разработке вариантов вскрытия запасов за предельными контурами карьеров, обосновании параметров и области их применения, создании программного комплекса, позволяющего рассчитывать технико-экономические показатели вариантов вскрытия.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных, применением апробированных методик моделирования и эмпирических зависимостей, сопоставимостью результатов исследований с данными проектных организаций и горных предприятий.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта вскрытия запасов за предельными контурами карьеров, методы проектирования и технико-экономической оценки проектных решений, экономико-математическое моделирование вариантов вскрытия, технико-экономические расчеты по обоснованию проектных решений и их внедрения, статистическую обработку результатов расчетов.

Реализация рекомендаций: результаты исследований использованы при разработке проектов освоения месторождений: Султановское, Терньер-ское, Юбилейное; внедрены в учебные курсы высшего профессионального образования «Проектирование рудников», «Вскрытие и подготовка рудных месторождений» для специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Геомеханика в горном деле» (Екатеринбург, 2000), «Неделя горняка» (Москва, 2003, 2004, 2005, 2007), «Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность горных работ» (Магнитогорск - Сибай, 2003), ежегодных научно-технических конференциях по итогам НИР (Магнитогорск: МГТУ), научно-технических совещаниях горнодобывающих предприятий «У ГМК-Холдинг».

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 96 наименований и содержит 169 страниц машинописного текста, 57 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Ивашов, Николай Александрович

Выводы

1. Реализация предлагаемых методических подходов к выбору рациональных способов вскрытия законтурных запасов карьеров на примере мед-ноколчеданных и золотоносных месторождений показала высокую эффективность вариантов вскрытия с использованием карьерного пространства в качестве главных и вспомогательных выработок по сравнению с традиционными вариантами. Экономический эффект составил по Султановскому месторождению - 1,4, Тарньерскому - 0,5 и Юбилейному - 4,0 млн. у.е.

2. Сформулированы основные положения методики выбора экономически целесообразного варианта вскрытия законтурных запасов, сущность которой состоит в рассмотрении, наряду с традиционными вариантами вскрытия с поверхности, вариантов вскрытия с использованием пространства карьеров как для выдачи рудной массы, так и для вспомогательных целей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-практической задачи - разработана методика изыскания рациональных способа и системы вскрытия запасов за предельными контурами карьеров при проектировании комбинированной геотехнологии. Основные выводы заключаются в следующем.

1. При проектировании способов вскрытия запасов за проектными контурами карьеров карьерные съезды и сами карьерные выемки должны рассматриваться в качестве вскрывающих выработок, что позволяет уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, сократить сроки ввода подземного рудника в эксплуатацию.

2. Проектирование систем вскрытия запасов за предельным контуром карьера следует осуществлять в рамках единого проекта, учитывающего требования освоения запасов на всех этапах развития горных работ в части размещения отвалов на поверхности и внутри карьера, оставления берм и площадок в перспективных местах заложения вскрывающих подземных выработок, рациональной трассировки капитальной траншеи, обеспечения возможности использования технологического комплекса карьера, вспомогательных цехов на стадии подземной разработки.

3. Доказано, что способ вскрытия запасов за предельным контуром карьера зависит преимущественно от глубины карьера, удаленности запасов от поверхности и карьерной выемки и производительности подземного рудника, а вид и ценность полезного ископаемого не оказывают влияние на выбор рационального варианта.

4. Предложена классификация способов вскрытия запасов за проектными контурами карьеров по признаку использования карьерного пространства для вскрытия запасов за его контуром. В соответствии с классификацией разработаны 6 типовых систем вскрытия приконтурных запасов, непосредственно выходящих в борта и основание карьеров, и 6 типовых систем вскрытия удаленных от карьера запасов, расположенных выше и ниже уровня его дна.

5. Дана методика выбора рационального варианта вскрытия запасов за контуром карьера в зависимости от его глубины, месторасположения и удаленности залежей от контура карьерной выемки, а также производительности подземного рудника.

6. Определена предельная глубина вскрытия придонных запасов рудо-выдачными автомобильными уклонами, проводимыми из карьера, равная 200 м. При больших глубинах распространения запасов в дне карьера экономически предпочтительными являются традиционные способы вскрытия с помощью вертикальных клетьевых и скиповых стволов, проводимых с поверхности, причем с ростом глубин расположения откаточных горизонтов и карьера преимущество этих способов, по сравнению с вариантами вскрытия из карьера, увеличивается.

7. Показано, что с ростом глубины карьера наблюдается снижение дисконтированного эффекта (5 % на каждые 80 м глубины карьера) от применения вскрытия автомобильными уклонами из карьера, определяемое увеличением дальности транспортирования рудной массы карьерными самосвалами.

8. Установлено, что при расположении запасов в бортах карьера глубиной до 400 м вскрытие их автомобильным уклоном с поверхности предпочтительно при глубине расположения запасов от поверхности до 200-250 м и годовой производительности рудника до 1 млн.т. При большей глубине и производительности в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстояние менее 5-кратной глубины карьера целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении - вертикальными стволами с поверхности

9. Доказано, что использование карьерного пространства для вскрытия запасов за контуром карьеров сокращает срок строительства рудника на 1-3 года и позволяет получить дополнительный доход 7-9 % по сравнению с традиционными способами строительства рудника.

10. Определены рациональные варианты вскрытия законтурных запасов медно-колчеданных месторождений Султановское, Тарньерское и Юбилейное, что позволило получить дополнительно чистый дисконтированный доход по сравнению с традиционными вариантами вскрытия с поверхности соответственно 37,8, 13,5 и 108 млн. р. в ценах 2007 г.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ивашов, Николай Александрович, Магнитогорск

1. Абрамов В.Ф., Денисенко М.А., Толстых С.А. Повторная и комбинированная разработка рудных месторождений: Учеб. пособие. М.: МГИ, 1982.

2. Агошков м.И., Воронюк A.C., Громыко A.A. Методика сравнения и выбора схем вскрытия мощных рудных месторождений вертикальными и наклонными рудоподъемными выработками. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1968.

3. Боголюбов A.A., Ермолаева JI.A. Опыт применения комбинированной системы разработки и показатели работы крупнейших рудников за рубежом /ЦНИИцветмет экономики и информации. М., 1991.

4. Боголюбов Б.П., Юматов Б.М. Проблемы комбинированной разработки рудных месторождений //Геология и горное дело: Сб. науч. тр. КИЦМ/34. М.: Госгортехиздат, 1961.

5. Власов А.Г. Выбор схемы вскрытия и оценка эффективности доработки Ка-маганского месторождения подземным способом //Проблемы и перспективы развития подземной геотехнологии в XX веке: Материалы Международн. конф. Екатеринбург: УГГА, 2001. - С.82-86.

6. Вовк A.A., Черный Г.И. Разработка месторождений полезных ископаемых комбинированным способом. Киев: Наукова думка, 1965.

7. Воронюк A.C. Особенности комплексного вскрытия рудных месторождений. М.: ИПКОН АН СССР, 1986. - 77 с.

8. Воронюк A.C. Основные направления повышения эффективности вскрытия рудных месторождений на больших глубинах //Технология подземной разработки рудных месторождений на больших глубинах. М.: ИПКОН АН СССР, 1989.-С.5-17.

9. Волков Ю.В., Соколов И.В., Камаев В.Д. Проектные решения по доработке Молодежного месторождения подземным способом //Горный журнал. -2004. № 6. - С.37-40.

10. З.Волков Ю.В., Соколов И.В. Комбинированная геотехнология разработки меднорудных месторождений Урала //Изв. вузов. Горный журнал. 2005. -№ 1. -С.112-16.

11. Вохмин С.А. Сборник примеров и задач по подземным горным работам» Учеб. пособие /ГАЦМиЗ. Красноярск, 2002. - 120 с.

12. Гибадуллин З.Р., Красавин В.П., Самусенко А.К. Технология разработки месторождений Учалинского ГОКа //Горный журнал. 2004. - № 6. - С.25-30.

13. Гоготин A.A. Обоснование параметров горнотехнических систем при подземной разработке маломасштабных медноколчеданных месторождений Урала. Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Магнитогорск, 2006. - 20 с.

14. Горное дело. Терминологический словарь /Т.Д. Лидин, Л.Д. Воронина,

15. Д.Р. Каплунов и др. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990.

16. Грабовой П.Г., Петрова С.Н. Риски в современном бизнесе. М.: Изд-во «Алане», 1994.

17. Григорьянц Э.А., Инфантьев А.Н., Чугай М.М. Проведение горных выработок с применением самоходного оборудования. М.: Недра, 1990. - 270 с.

18. Губкин Н.В. Преимущества применения метода подземного выщелачивания //Атомная энергия, 1968. — т.41. — Вып. 6.

19. Демидов Ю.В. Концепция и научные проблемы комбинированной разработки мощных рудных месторождений Кольского полуострова //Открыто-подземная разработка мощных рудных месторождений. Апатиты: Кольский науч. центр РАН, 1995. - С. 12-15.

20. Демидов Ю.В. О классификации систем комбинированной разработки рудных месторождений //Горный журнал. № 4. - С. 16-19.

21. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной повторной разработке руд. М.: Недра, 1981.

22. Казикаев Д.М. Особенности геомеханических процессов и управления ими при совместной разработке месторождений //Горный журнал. 1986. - № 8. -С.55-57.

23. Казикаев Д.М. Совместная разработка рудных месторождений открытым им подземным способами. -М.: Недра, 1967. 156 с.

24. Калмыков В.Н., Ивашов H.A. Особенности вскрытия месторождений при освоении их комбинированным способом //Подземная разработка мощных рудных месторождений: Межвуз. сб. науч. тр. /МГТУ. Магнитогорск, 1999. -С.6-10.

25. Каплунов Д.Р., Левин В.И., Болотов Б.В. и др. Развитие подземной добычи при комплексном освоении месторождений. М.: Наука, 1992. -253 с.

26. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Концептуальная модель и принципы проектирования освоения рудных месторождений комбинированным способом //Горный информ.-аналит. бюл. М.: МГГУ, 1999. - № 3. -С.56-61.

27. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Обоснование параметров комбинированной геотехнологии //Проблемы безопасности и совершенствования горных работ. Пермь: ГИ УрО РАН, 1999. - С.88-90.

28. Каплунов Д.Р., Юков В.А. Геотехнология перехода от открытых к подземным горным работам. М.: Горная книга, 2007. - 267 с.

29. Каплунов Д.Р., Шубодеров В.И. Перспективы разработки рудных месторождений комбинированным способом //Горный журнал. 1997-№ 8- С.16-18.

30. Каплунов Д.Р. О принципах проектирования комбинированной разработки месторождений при комплексном освоении недр //Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. М.: МГГУ,1993. С.59-68.

31. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Изд. дом «Руда и металлы», 2003. - 560 с.

32. Каплунов Р.П., Черемушенцев И.А. Подземная разработка рудных и россыпных месторождений. М.: Высшая школа, 1966. - 543 с.

33. Караулов Г.А., Гавришев С.Е., Першин Г.Д., Караулов Н.Г. Вскрытие месторождений: Учеб. пособие. 2-е изд. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова», 2006.- 108 с.

34. Комплексное освоение рудных месторождений /Д.Р. Каплунов, И.И. По-мельников, В.И. Левин и др. М.: ИПКОН РАН, 1998.

35. Куликов В.В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. -М.: Недра, 1972.

36. Ломоносов Г.Г., Каплунов Д.Р., Левин В.И. Технологические схемы рудников. М.: МГГИ, 1988. 63 с.

37. Методические рекомендации по выбору типа рудоподъемного ствола при вскрытии рудных месторождений //ИГД МЧМ СССР. 1977. - 25 с.

38. Минеральные ресурсы Учалинского горно-обогатительного комбината /И.Б. Серавкин, П.И. Пирожок, В.Н. Скуратов и др. Уфа: Башкирское кн. изд., 1994.-328 с.

39. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Официальное издание. М.,1994.-80 с.

40. 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. совещ.

41. М.:ИПКОН АН СССР, 1979. С.4-31.

42. Мухтаров Т.М. Комбинированный способ разработки месторождений полезных ископаемых. М.: Наука, 1998.

43. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий цветной металлургии с подземным способом разработки. М.: Гипроцвет-мет, 1986.

44. Пермяков Г.А., Озеров Ю.П., Аглюков Х.И., Романько А.Д. Подземная отработка приконтурных запасов сидеритов Бакальского рудоуправления //Горный журнал. 1987. - № 3. - С.22-23.

45. Рекомендации по открыто-подземной отработке прибортовых запасов руд на карьерах Кривбасса /В.И. Терентьев, В.Д. Юхименко, В.А. Щелканов и др. -Кривой Рог: НИГРИ, 1988.

46. Мещеряков Э.Ю. К вопросу классификации способов комбинированной разработки месторождений /Горный информ.-аналит. бюл. М.: МГГУ, 1997. -№ 3.-С.61-66.

47. Рыльникова М.В. Технология комплексного освоения месторождений комбинированным способом: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 1998.

48. Рыльникова М.В., Гордеев А.И. Экономический анализ технических решений при разработке законтурных запасов карьеров подземным способом //Разработка мощных рудных месторождений: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 1999. - С.22-32.

49. Савич И.Н. Комбинированная разработка кимберлитовых месторождений //Горная промышленность. 2004. - № 1. - С.42-43.

50. Славиковский О.В. Погрузочно-транспортный комплекс рудника. М.: Недра, 1990.-184 с.

51. Справочник по горнорудному делу /Под ред. В.А. Гребенюка, Я.С. Пыжья-нова, И.Е. Ерофеева. М.: Недра, 1983. - 816 с.

52. Сторчак С.А. Опыт подземной отработки запасов под дном и бортами действующих карьеров железных руд //Горный журнал. 2002. - № 6. - С.28-32.

53. Совершенствование технологии подземной добычи руд, обеспечивающей стабилизацию рудного потока на Учалинском ГОКе: Отчет о НИР /Гипроцветмет. М., 1992. - Тема 890-92.

54. Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых /Г.М. Малахов, А.Д. Черных, О.С. Брюховецкий, H.A. Гончаренко //Открытия и изобретения Бюл.. 1987. -№ 20. (A.c. 1314061 СССР).

55. Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых /В.И. Терентьев, В.В. Куликов, Г.М. Бабаянц и др. //Открытия и изобретения Бюл.. 1979. -№ 37. (A.c. 690181 СССР).

56. Стариков H.A. Вскрытие рудных месторождений. М.: Металлургиздат. -1957.- 350 с.

57. Терентьев В.И., Черных А.Д. Комплексная открыто-подземная разработка прибортовых и подкарьерных запасов рудных месторождений. М.:Ротапринт1. ИПКОН РАН, 1998.

58. Технико-экономическая оценка извлечения полезных ископаемых из недр /Под ред. М.И,. Агошкова. М.: Недра, 1974.

59. Технологические решения по переходу Сибайского рудника на комбинированную геотехнологию освоения запасов /В.Н. Калмыков, М.В. Рыльникова,. A.B. Зинуров, H.A. Ивашов //Горный информ.-аналит. бюл. М.: МГТУ. -2000.-№8.-С. 150-153.

60. Трубецкой К.Н. О совместном вскрытии карьерного и шахтного полей при комбинированной разработке месторождений //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск, 1968. - № 4. -С.58-63.

61. Трубецкой К.Н., Пешков A.A., Мацко H.A. Методы оценки эффективности инвестиций горных предприятий //Горный журнал. 1993. - № 2. - С.3-11.

62. Титов В.Д. Основы проектирования глубоких железорудных шахт. -М.: Недра, 1977.-219 с.

63. Учалинский горно-обогатительный комбинат на рубеже XXI века /И.А. Абдрахманов, П.И. Пирожок, A.B. Чадченко и др. Уфа: Полиграф-комбинат, 1999.-304 с.

64. Хохряков B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных разработок. Екатеринбург: УГГА, 1996.

65. Черных А.Д., Брюховецкий О.С. Эффективность отгрыто-подземной разработки месторождений полезных ископаемых /Цветметинформация. М., 1988.

66. Черных А.Д., Брюховецкий О.С., Лосинский А.П. Доработка запасов руд ха контурами карьеров с закладкой выработанного пространства //Разработка месторождений твердых полезных ископаемых. Итоги науки и техники /ВИНИТИ АН СССР. М., 1987.

67. Шалтыкова В.М., Куанышбайулы С., Шеметова Н.В. Вовлечение в отработку законтурных запасов карьеров подземным способом //Горный журнал. 2002. -№ 5. - С.44-46.

68. Щелканов В.А. Комбинированная разработка рудных месторождений. М.: Недра, 1974.-232 с.

69. Щелканов В.А. Подземные горные выработки на карьерах. М.: Недра, 1982. 128 с.

70. Щербина А.Н. Обоснование технологических схем комбинированной разработки мощных месторождений слюдяного сырья: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.-Л.: ЛГИ, 1990.

71. Эталоны ТЭО строительства предприятий по добыче и обогащению угля. В 2 т. /Под науч. рук. В.М. Еремеева. Г.Л. Краснянского. М.: АГН, 1998. -T.I.-439 е.; Т.Н.-271 с.

72. Юматов Б.П. Технология открытых горных работ и основные расчеты при комбинированной разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1966.

73. Argol J.O. Leaching damps to recover more Southwest copper at tower cost. -Mining World, 1963. Vol. 25. - № 11. - P. 22.

74. Institution of mining and metallurgy //Transacticus, 1972. January. Section A. -Vol. 91.-P. 122-124.92.1ndustry mineral //Mine of carriers, 1986, June. Vol. 68. - P. 347-350.

75. Musgrov P. Mining technology and policy issues. 1983 /Sess. pap. Mining convent. Amer. Mining congr., San-Francisco, sept. 12-14,1983. Washington: D.C., 1983.-P. 1-6.

76. Pojar M. In place leaching of a copper sulfide deposit /47-th annu. Meet mining sek., AJME and 35- th annu. Mining symp., Dallas. Mining, 1974. - Vol. 8. -№ l.-P. 10-16.

77. Prater J. D. In situ carbonate leaching at the old Reliable Mine // Mining magazine, 1974. Vol. 130. - № 5. - P. 355-356.

78. Rylnikova M., Kalmykov V., Jvachov N. Combined Mining of copper pirite deposits //Russian Mining, 2003. Vol. 4. - P. 21-24.