Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование стратегии и параметров рациональной разработки маломасштабных месторождений

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование стратегии и параметров рациональной разработки маломасштабных месторождений"

На правах рукописи

ГЛОТОВ Валерий Васильевич

УДК 622.274

ОБОСНОВАНИЕ СТРАТЕГИИ И ПАРАМЕТРОВ РАЦИОНАЛЬНОЙ РАЗРАБОТКИ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Ав тореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техни ческих наук

Москва 2007

003064600

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

(МГГУ)

и Читинском государственном университете (ЧитГУ)

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Кузьмин Евгений Викторович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ковалев Игорь Антонинович (РГТРУ), доктор технических наук, профессор Петросов Аркадий Арамович (МГГУ), доктор технических наук Фурсов Евгений Григорьевич (ФГУП «Гипроцветмет»)

Ведугцая организация — открытое акционерное общество

«Приаргунское производственное горно-химическое объединение».

Защита диссертации состоится 20 сентября 2007 г в И час на заседании диссертационного совета Д - 212 128 03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять ученому секретарю совета

Автореферат разослан августа 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета г)

докт техн. наук ¿У Владимир Васильевич Мельник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Высокая эффективность освоения жильных месторождений, преимущественно представленных маломасштабными объектами, достигается за счет небольших капитальных вложений, короткого срока их окупаемости, минимальных затрат на создание инфраструктуры, а также применения простых схем вскрытия и технологии очистных работ

Минерально-сырьевые ресурсы маломасштабных месторождений самых различных видов полезных ископаемых весьма значительны По численности на одно крупное месторождение, по разным оценкам, приходится от 10 до 90 маломасштабных

В экономически развитых странах на долю рудников, разрабатывающих маломасштабные месторождения, приходится более 80% горнорудных предприятий, по объемам добычи полезного ископаемого их доля составляет 15-30%, в России она не превышает 1-2%, причем сосредоточены эти предприятия в основном в золотодобыче

В природе маломасштабные жильные месторождения значительно удалены от действующих промышленных объектов, рассредоточены в пространстве, руды месторождений богаты по содержанию полезного компонента Небольшая глубина залегания определяет наличие окисленной сульфидной руды, присутствие в жилах глины, естественных пустот, высокую изменчивость мощности жил, что существенно усложняет технологию очистных работ

Главными сдерживающими факторами интенсивного освоения маломасштабных месторождений являются слабое методическое обеспечение выбора оптимальных горно-технологических параметров, а также отсутствие рациональных технологий разработки, учитывающих горно-геологические особенности этих месторождений

В этой связи исследования, направленные на научно-методическое обоснование технологических решений по освоению маломасштабных месторождений полезных ископаемых подземным способом, позиционируются как весьма актуальные.

Целью работы является установление закономерностей изменения полноты и качества извлечения полезного ископаемого под влиянием комплекса природных и горнотехнических факторов для обоснования прогрессивных технологических решений, обеспечивающих высокую эффективность и безопасность подземной разработки маломасштабных месторождений

Основная идея диссертации заключается в реализации комплексного подхода к обоснованию направлений эффективного освоения маломасштабных месторождений, базирующегося на учете изменений морфологии рудных тел, физико-механических свойств компонентов рудной массы и возможности интенсификации ее выпуска, снижения потерь и повышения качества извлекаемого полезного ископаемого

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплекс методов исследований, включающий анализ научного уровня обоснований технологических решений и практического опыта, системный технико-экономический анализ, аналитические исследования, методы исследования операций, математической статистики и теории вероятностей, экономико-математическое моделирование, физическое моделирование и опытно-промышленные эксперименты.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 Эффективность освоения группы маломасштабных месторождений повышается посредством максимизации чистого дисконтированного дохода с учетом пространственного взаимного расположения добычных участков и центральной обогатительной фабрики

2 Орошение отбитой руды в очистном блоке и доведение по прогрессивной технологии имеющейся в блоке глины до текучего состояния способствуют интенсификации выпуска руды из магазинов в 1,6 раза и снижает потери руды в 1,5 раза за счет ликвидации зависаний и гребней межлюкового пространства

3 Увеличение полноты и повышение качества извлекаемой руды при изменчивой мощности жил достигаются путем перехода от системы с магазинированием руды в местах пережима жилы к системе с раздельной выемкой и обратно при восстановлении первоначальной мощности по предложенной технологии разработки жильных месторождений

4 Разработка жил ценного минерала в приконтурных зонах естественных подземных полостей путем заполнения их отбитой рудой верхнего подэтажа с последующей нисходящей выемкой запасов нижнего подэтажа позволяет снизить в 5-6 раз потери руды и разубоживание ее на 2530%, создать пространство для ведения буровзрывных работ

5 Полнота извлечения и качество добываемого ценного минерала из жильных месторождений окисленных сульфидных руд повышаются при использовании технологии выпиливания жил машинами с бесконечной тяговой цепью, обладающей специальными центральными и боковыми режущими инструментами с усилием разрушения, не превышающим величину сопротивления резанию вмещающих пород

Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием современных методов исследований, представительным объемом статистического материала, логической непротиворечивостью и сходимостью результатов теоретических исследований и проектных разработок с фактическими данными, высокой степенью адекватности полученных зависимостей, коэффициентом корреляции 11=0,6 0,9, положительными результатами апробации и внедрения рекомендаций в проектах при эксплуатации маломасштабных жильных месторождений с высоким экономическим эффектом

Научная новизна работы:

- предложена систематизация маломасштабных месторождений по геоморфологическим и геотехнологическим признакам,

- разработана методика определения границы перехода с открытого способа на подземный при комбинированной разработке маломасштабного месторождения,

- предложена методика определения рациональных размеров шахтных полей с учетом вероятностных характеристик исходных данных о запасах месторождения и среднем содержании полезного компонента в руде;

- разработана методика обоснования оптимальных объемов подземной добычи руды из отдельных рудных тел маломасштабных месторождений, позволяющая повысить эффективность их освоения;

- установлены закономерности изменения прибыли на 1т балансовых запасов от изменчивости мощности жилы при различных содержаниях полезного компонента в руде и вмещающих породах, количества пережимов и относительной высоты одного пережима, вероятной цены за 1г золота или 1т концентрата;

- установлена зависимость определения потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, от исходной влажности и количества глины для перевода ее в состояние текучести,

- получены зависимости для определения времени орошения отбитого глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе,

- предложена вероятностная модель определения угла наклона движения воды в отбитой руде и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава руды;

- получены зависимости усилия резания боковых режущих инструментов от амплитуды колебания мощности жил и осевой податливости пружины

Научное значение диссертации заключается в разработке методической базы, обосновании прогрессивной технологии освоения запасов маломасштабных месторождений, содержащих глину, с изменчивой мощностью жил, приконтурных запасов естественных полостей и окисленных сульфидных руд

Практическое значение результатов исследований:

- разработаны рекомендации по выбору рациональных схем вскрытия маломасштабного месторождения,

- предложена методика расчета параметров системы орошения глинистого рудного массива при выпуске руды из магазинов,

- разработаны технологические решения по орошению глинистого отбитого рудного массива при выпуске руды из магазинов, позволяющие повысить производительность труда и снизить потери руды,

- разработаны рекомендации по реализации технико-экономической оценки группы маломасштабных жильных месторождений с учетом их пространственного взаиморасположения относительно центральной обогатительной фабрики;

- предложена технология разработки жил невыдержанной мощности, позволяющая избирательно разрабатывать жилу с гибким переходом в местах ее пережима, от системы с магазинированием к системе с раздельной выемкой, повышающая полноту и качество извлечения руды из недр,

- разработана технология выемки жил, позволяющая добывать высокоценный минерал из приконтурных запасов естественных пустот,

- предложена технология выпиливания жил богатых окисленных руд, обеспечивающая высокие показатели извлечения полезного ископаемого из недр

Реализация работы. Предлагаемые методики и технологии освоения маломасштабных месторождений Восточного Забайкалья использованы при составлении технических проектов, технико-экономических обоснований и при эксплуатации более 20 маломасштабных месторождений Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 49195 тыс руб Результаты исследований использованы при разработке программы развития и использовании минерально-сырьевых ресурсов Читинской области до 2010 года и на перспективу (Государственный регистрационный № 43-02-11/1) под руководством и при непосредственном участии автора

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались и получили одобрение на научно-технических советах Забайкалцветмет-НИИпроект, ЗабНИИ, ЗабНТгео, Забайкалзолотопроект, Промышленной компании «Кварц», ЗАО «Восток», ООО «Светоч», на научных конференциях и семинарах ИПКОН РАН, МГГУ, РУДН (г Москва), Санкт-Петербургском государственном горном институте (ТУ), ИГД ДВО РАН (г Хабаровск), ГУЦМиЗ (г Красноярск), ЧитГУ (г Чита), научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» (г Москва, МГГУ 2003-2007г)

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 36 научных работ, включая 2 авторских свидетельства и 2 патента на изобретения

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 162 наименований, содержит ИЗ рисунков и 49 таблиц

Автор выражает глубокую благодарность докт геол -мин наук, проф , лауреату Государственной премии СССР Л Ф Наркелюну, докт техн наук, проф А В Рашкину за научные консультации и замечания по работе, а также сотрудникам кафедры ТПР МГГУ, ЭГПиГр ЧитГУ, специалистам Промышленной компании «Кварц» и ее генеральному директору А А Кужикову за большую помощь при организации и проведении натурных и теоретических исследований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Большой вклад в теорию и практику разработки крупных и маломасштабных жильных месторождений внесли академик М И Агошков,

профессора А Ф Назарчик, Е И Панфилов, Ю П Галченко, А.А Петросов, Н X Загаров, А И Ляхов, В В. Кравцов, А М Фрейдин, В.М Лизункин, Г А Курсакин Совершенствованием технологии разработки жильных месторождений занимались Д И. Рафиенко, Л А Мамсуров, М 3. Латышев, Ю Д Нечаев, Б М Зайцев и многие другие.

Вместе с тем не решены задачи выпуска из магазина глинистых руд, отработки приконтурных запасов естественных пустот, жил с изменчивой мощностью, окисленных руд, не разработаны организационно-технологические схемы освоения маломасштабных месторождений.

Маломасштабные месторождения характеризуются разведанными запасами золота до 10-15т, трехоксида вольфрама - до 15-30 тыс т, олова -до 20 тыс. т, молибдена - до 25 тыс т В настоящей работе основное внимание уделяется маломасштабным жильным месторождениям, которые по горно-геологическим условиям эффективно разрабатываются подземным способом Маломасштабное месторождение это ограниченное по запасам и глубине пространственно обособленное скопление минерального вещества с высоким содержанием полезного компонента, пригодного для организации производства по его освоению Они составляют существенную долю в минерально-сырьевом балансе большинства стран мира, их относительное количество среди других месторождений весьма высоко (табл 1).

Таблица 1

Соотношение рудных месторождений различного масштаба

Группы По По По

месторождений В И Красникову А В Соловову ГА Булкину

Крупные 1 1 1

Средние 3 7 9

Маломасштабяые 10 49 90

Рудопроявления - 343 -

В период планового ведения народного хозяйства практически во всех отраслях промышленности абсолютизировались преимущества крупного производства На базе крупных месторождений строились мощные горнообогатительные комбинаты с соответствующей инфраструктурой, которые в период приватизации и резкого снижения спроса на минеральное сырье были неспособны адаптироваться к условиям рыночных отношений (Депутатский, Иультинский, Орловский ГОКи, ПО ЗабайкалзОлото и др ) В то же время в странах с развитой рыночной экономикой наблюдалась тенденция к снижению доли крупных предприятий и увеличения доли малых предприятий В этих странах малые фирмы составляют 70-90% от общего числа предприятий, доля малого бизнеса в ВВП составляет около 50%, а работает на малых предприятиях до 70% трудоспособного населения В России вклад малого предпринимательства в ВВП составляет всего 10-12%,

Необходимость решения проблемы освоения маломасштабных месторождений в новых экономических условиях обосновал академик К Н Трубецкой на парламентских слушаньях в Государственной Думе в 2001г.

но из-за отсутствия нормативно-методического обоснования и законодательных актов решение этой крупной проблемы ведется медленными темпами

Мировая практика последних лет свидетельствует о возросшем интересе горных компаний к разработке маломасштабных месторождений полезных ископаемых В настоящее время на долю рудников, эксплуатирующих эти месторождения, приходится около 80% горнорудных предприятий В конце прошлого столетия за рубежом из них добывалось около 50% основных нерудных минералов, 90% флюорита и графита, 80% полевого шпата, 30% облицовочного камня

Доля добычи руд цветных и благородных металлов из маломасштабных месторождений Австралии, Канады, США, Японии, Китая, Индии, Новой Зеландии, Мексики и стран Африканского континента составляет от 15 до 30%.

В России разработке маломасштабных месторождений в последние годы уделяется большее внимание, чем в прежние годы Несмотря на то, что еще 1985г МЦМ СССР положительно оценило практику освоения маломасштабных месторождений отдельными ГОКами, к настоящему времени их доля в минерально-сырьевом балансе страны не превышает 12%, и представлены они в основном месторождениями золота В 2004 г в золотодобывающей промышленности работало около 560 предприятий, в том числе 520 предприятий по добыче россыпного золота В основном маломасштабные месторождения разрабатываются на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке Расширению практики освоения месторождений способствовало внедрение технологии кучного выщелачивания (КВ) золота, обладающей более низкими капитальными и эксплуатационными затратами Технология КВ позволяет рентабельно разрабатывать преимущественно открытым способом месторождения даже с низким содержанием золота - до 2г/т при сравнительно высоком извлечении металлов - 60-80% золота и 3050% серебра

Вместе с тем огромный потенциал ресурсов маломасштабных месторождений используется недостаточно эффективно из-за отсутствия современных научно-обоснованных методик выбора оптимальных горнотехнологических параметров, рациональных и высокоэффективных технологий разработки этих месторождений

Поэтому в соответствии со сформулированной идеей в диссертации решался комплекс задач, основными из которых являлись-

• анализ и обобщение теории и практики разработки маломасштабных рудных месторождений подземным способом,

• оценка перспективной минерально-сырьевой базы руд цветных и благородных металлов, представленной маломасштабными месторождениями Восточного Забайкалья,

• установление географических и горно-геологических особенностей залегания маломасштабных жильных месторождений;

• определение стратегических решений по освоению маломасштабных месторождений,

• разработка организационно-технологических схем и методик выбора оптимальных горнотехнологических параметров подземной разработки маломасштабных месторождений,

• обоснование методологии выбора рационального способа вскрытия маломасштабного месторождения;

• разработка рациональных технологий выемки жил, содержащих глину, жил с изменчивой мощностью, приконтурных запасов естественных полостей, окисленных сульфидных руд

В диссертации приведены методы оценки маломасштабных рудных месторождений, способы вскрытия и технология разработки Установлено, что высокие технико-экономические показатели на очистных и горноподготовительных работах достигаются за счет вскрытия месторождений спиральными или наклонными съездами с последующим использованием вскрывающих выработок в качестве подготовительных, широкого применения простых по конструкции систем разработки, мобильного бурового и погрузодоставочного оборудования на очистных и горнопроходческих работах

Перспективы освоения маломасштабных месторождений Восточного Забайкалья. В балансовых запасах и объемах добычи золота в России из 142 разведанных коренных месторождений золота 109 относится к маломасштабным, а из 55 эксплуатируемых 38 относится к маломасштабным (69%), на них приходится 69,4% добываемой руды и 61% золота

На территории Восточного Забайкалья золото - самый распространенный металл рудных поясов Всего насчитывается более 1000 преимущественно мелких по масштабам золоторудных объектов. Из этого огромного количества первоочередного внимания заслуживают объекты, наиболее привлекательные для инвесторов (табл 2) Очень высок потенциал мелких месторождений золота, пригодных для КВ. Только в районах, прилегающих к Транссибу, на территории Читинской области насчитывается более 40 объектов, а в общей сложности не менее 100 -

В регионе известны 280 объекта вольфрама, из них 2 месторождения средние - Спокойнинское и Бом-Горхонское, 15 маломасштабных месторождений, 113 рудопроявлений Перспективы развития минерально-сырьевой базы вольфрама в Восточном Забайкалье благоприятны преимущественно за счет освоения маломасштабных месторождений. Возрождение оловодобывающей отрасли в регионе также возможно на базе группы маломасштабных месторождений.

Маломасштабные месторождения и рудопроявления молибдена насчитывают около 570 объектов, из них 9 готовы к освоению, 59 рудопроявлений недоразведаны, 6 рудопроявлений расположены вблизи Удоканского месторождения меди и оцениваются как весьма перспективные По запасам плавикового шпата Россия уникальна и занимает одно из ведущих мест в мире Основная часть разведанных запасов расположена на

территории Забайкалья (50,6%) и Приморского края (49,4%), В Восточном Забайкалье известно около 750 флюоритовых месторождений, рудопроя плен и й и пунктов минерализации. Общие ресурсы плавиковошпатовых руд составляют около 150 млн.т. Подсчитаны запасы по 62 маломасштабным месторождениям. Соотношение крупных н маломасштабных месторождений оценивается как 1:8(). Суммарные запасы по категориям В-С,+С; разрабатываемых крупных и средних месторождений составляют 43680 тыс. т руды и (4794 тыс. т фтористого кальция пра среднем содержании 33,9%. Запасы маломасштабных месторождений этик же категорий составляют 4830 тыс. т руды и 1973,2 тыс, т фтористого кальция при среднем содержании 40,8 %.

Выполненный анализ иыявид большое разнообразие географических и горно-геологических условий залегания маломасштабных месторождений, не характерных для крупных и средних (рис. 1).

Рис. ], Характерные особенности мало масштабных месторождений

Для оценки разведанных запасов, выбора оптимальных горнотехнолога чески х параметров и технологии очистных работ предложена систематизация маломасштабных месторождений (табл. 2).

Таблица 2

Систематизация маломасштабных месторождений _

Основные признаки Группы

1 Структурно - морфологические типы рудных тел 1 Жильные 2 Рудные зоны 3 Линзы и линзообразные залежи

2 Расположение в пространстве 1 Локальные 2 Групповые 3 Периферийные

3 Глубина залегания 1 Приповерхностные - до 50 м 2 Неглубокие - от 50 до 100 м 3 Глубокие - свыше 100 м

4 Степень освоения 1 Разведанные, но не разрабатывались 2 Законсервированные 3 Разрабатываемые

5 Географо-экономическое расположение 1 Находятся в экономически освоенных районах 2 Находятся в отдаленных, труднодоступных районах

Под стратегией освоения маломасштабных месторождений следует понимать совокупность целей, направленных на создание условий для эффективной разработки этих месторождений Современная стратегия освоения маломасштабных месторождений в рыночных условиях хозяйствования должна отражать три основные цели (рис 2)

Рис 2 Стратегия освоения маломасштабных месторождений

В основу схемы реализации стратегии освоения маломасштабных месторождений положены два главных признака - поставленные цели и ресурсный потенциал предприятия В качестве функции цели выступает

9

желание завоевать свое место на рынке производимой продукции, а ресурсный потенциал зависит от масштабов предприятия и определяется рядом условий

Целью крупных горных компаний является удержание и расширение рынка производимой продукции, они способны в определенной степени управлять рыночной ситуацией, а не просто реагировать на нее Эти компании обладают высококвалифицированным персоналом и в состоянии привлекать таких же специалистов со стороны Крупные компании имеют возможность разработать стратегию очередности поэтапного освоения маломасштабных месторождений исходя из потребности рынка в том или ином виде минерального сырья

Возможности малых горных предприятий, зачастую являющихся дочерними холдинговых компаний, значительно меньше. Они ограничены в финансах, их кадровый потенциал намного ниже, поэтому им следует быть более изощренными и применять менее дорогостоящие способы и инструменты для завоевания своего места на рынке производимой продукции Схема реализации стратегических целей освоения маломасштабных месторождений включает шесть основных этапов- анализ рынка минерального сырья, разработка бизнес-плана, обоснование основных горнотехнологических параметров, принятие технико-технологических решений, определение рынка сбыта готовой продукции.

Пространственное расположение оказывает существенное влияние на эффективность разработки маломасштабных месторождений, и поэтому организационно-технологические схемы их промышленного освоения, включающие расположение основных, вспомогательных производственных объектов и объектов жилищно-бытового назначения, параметры технологического, социального и экологического взаимодействия, могут существенно отличаться друг от друга.

Для разработки локальных месторождений, удаленных на большие расстояния от крупных горнодобывающих предприятий, необходимо построить горно-обогатительный комплекс с вахтовым поселком, поэтому удельные капитальные затраты на единицу производственной мощности будут достаточно велики (рис За)

При разработке группы месторождений большая часть вышеназванных затрат разделяется по объектам Сущность схемы заключается в организации горно-обогатительного комплекса с необходимыми объектами основного и вспомогательного назначения, включая ЦОФ Схема позволяет увеличивать объем добычи руды, повысить фондоотдачу основных производственных фондов, снизить себестоимость продукции (рис 36)

Централизованная организационно-технологическая схема может быть использована при разработке периферийных маломасштабных месторождений на действующем рудоперерабатывающем комплексе (рис Зв)

Комбинированные схемы применимы для разработки периферийных и локальных маломасштабных месторождений. Добытая руда

перерабатывается на ПОУ и ЦОФ На ПОУ производят первичные переделы, а на следующих стадиях, как правило, технологически более сложных, используют ЦОФ (рис Зг) В связи с этим экономическую оценку группы маломасштабных месторождений следует производить в соответствии с их пространственным расположением между собой и относительно центральной обогатительной фабрики по величине интегрального ЧДД за период добычи руды и реализации продукции. Каждая схема имеет свои отличия по структуре, объему капитальных затрат и срокам их вложения

В пределах рудного поля (узла) маломасштабные месторождения зачастую располагаются группами В контурах одного рудного (поля) узла может находиться до 15-20 мелких объектов, расстояние между рудными телами варьирует от десятков метров до 1км и более Например, Бугутуро-Абагайтуйский рудный узел на площади 900 км2 насчитывает 11 объектов флюоритовых месторождений, 37 рудопроявлений и 34 точки минерализации В таких условиях очень сложно ограничить параметры шахтного поля по условию протяженности безрудного пространства, поэтому необходимо решить научно-методическую задачу выбора рациональных размеров шахтных полей, то есть выбрать из числа отстоящих на определённом расстоянии от главных вскрывающих выработок рудные тела или соседние месторождения, разработка которых данной шахтой экономически целесообразна.

Сущность разработанной методики заключается в следующем В соответствии с имеющейся геологической информацией по известным методикам (акад Л Д Шевякова, Нормы технологического проектирования Гипроцветмета), а также с учетом рационального места расположения промышленной площадки, безопасности проведения горно-капитальных выработок, экологических требований, выбирают место расположения главных вскрывающих выработок.

По критерию ЦЦЦиаполе оцениваются возможные варианты разработки маломасштабного месторождения с поочередным включением в расчеты периферийных рудных тел или соседних маломасштабных месторождений При варианте с отрицательным значением ЧДДШХ поле (р) рудное тело исключается из контуров шахтного поля, т.е должно соблюдаться следующее условие

ЧДДжполя = ЧДЦрт(мм),+ ЩДрт(яш)2 + + ЧЦДрт(>ш)п >0, (1)

ЧЦДрт(м) от разработки периферийного рудного тела или соседнего месторождения определяется по формуле (р)

= ¿7Г-Н-А(Аг1С1аЦ + АМ1 + АО,)-Аг1(.См,+Сяг +

!=о \1 +а + г3 + гс) (¿)

+ + Спро, + стр м1подз + С„,р

пов^пов ^под

где / - год отработки рудного тела (месторождения), Т - срок отработки рудного тела (месторождения), лет, Е - ставка дисконта, г3 и гс -соответственно относительный риск неподтверждения запасов и среднего

б - групповая, в - централизованная; г - комбинированная (ЛММ - локальное маломасштабное месторождение, ПМ1У1 - периферийное маломасштабное месторождение, ММ - маломасштабное месторождение, БЦ - базовый центр, ПОУ -

передвижная обогатительная установка)

содержания полезного компонента, Аг,- годовой объем добычи руды из рудного тела (месторождения) в ?-м году, т/год, С,- среднее содержание полезного компонента в эксплуатационных запасах отдаленного рудного тела (месторождения), разрабатываемого в 1-м году, дол ед; е -коэффициент извлечения полезного компонента при обогащении руды, дол ед ; Ц— цена единицы готовой продукции, р ; АМ, и АО, - амортизационные отчисления в ¿-м году от эксплуатации соответственно специализированных основных фондов и горнотехнического оборудования, р /год, С^.С^С^.С^ - соответственно затраты на добычу, переработку руды, административные расходы, проветривание шахты, р/т, С^^Сяр,,,» -соответственно затраты на подземный и поверхностный транспорт руды, р/т.км, Ьподз, Ь„ов - соответственно расстояние транспортирования руды под землей и на поверхности, км, Споь - затраты на поддержание 1км горной выработки в год, р/км*год, - суммарная протяженность

поддерживаемых горных выработок в году, км, Н - доля налогов, взимаемых с предприятия при разработке отдаленных рудных тел (месторождений), р, Кд1 - дополнительные капитальные затраты на вскрытие и эксплуатацию отдаленных рудных тел (месторождений), р

Запасы месторождения и среднее содержание полезного компонента являются случайными величинами и степень их отклонения от принятых в расчетах параметров зависит от категории разведанности (преимущественно Сь Сг), а также количества наблюдений в пределах участка недр Риск неподтверждения геологических данных увеличивает ошибки подсчета ЧДД Для определения влияния вероятностной характеристики исходных данных на показатели принимаемых проектных решений используется метод Монте-Карло Исходные параметры проекта рассматриваются как случайные величины, представляемые непрерывными распределениями заданного вида (нормальные, логнормальные и др) с соответствующими средними и дисперсиями По этим распределениям производится случайная автоматизированная выборка значений и соответствующих вероятностей каждого параметра

Относительный риск неподтверждения запасов (г3) и среднего содержания полезного компонента (гс) определются из выражений ^ СГс

где и - среднеквадратические отклонения соответственно запасов и среднего содержания; М3 и Мс - математические ожидания соответственно запасов и среднего содержания.

В зависимости от характеристики объекта возможны два способа моделирования случайных величин.

Первый способ - ошибки подсчета запасов определяется размахом вариации Я запасов и содержания полезного компонента в пробе.

я = (м+р м)-(м-р м), (5)

где Р - ошибка подсчета запасов, М- математическое ожидание

По второму способу сопоставляются результаты разведки и

С

эксплуатации по коэффициенту достоверности Кд= — , где Сэ и Ср -

Ср

показатели (среднее содержание, запасы руды) по результатам отработки рудного тела то есть погашенные запасы и по данным разведки, соответственно

Второй способ имеет более высокую надежность, однако для его применения необходимо иметь большой объем статистической информации по результатам разведки и эксплуатации месторождений со сходными горно-геологическими условиями

С помощью предложенной методики решены задачи выбора рациональных размеров шахтных полей для пяти маломасштабных флюоритовых месторождений Бугутуро-Абагайтуйского рудного узла -Ново-Бугутурское, Южно-Бугутурское, рудопроявления №3, Южное и Семилетнее

Качество полезных ископаемых в пределах балансовых запасов месторождения, как правило, весьма неоднородно По отдельным рудным телам возможны значительные колебания содержания полезного компонента относительно среднего значения Производственные затраты на разработку рудных тел также отличаются между собой, что обусловлено горно-геологическими условиями, глубиной залегания и удаленностью от главных вскрывающих выработок.

При разработке крупных месторождений управление запасами полезного ископаемого производят по критерию стабильности качества руды, подаваемой на обогатительную фабрику, так как колебания в содержании полезного компонента требуют изменения технологических режимов переработки, что существенно увеличивает затраты на обогащение руды и снижает выход полезного продукта в концентрат.

На маломасштабных месторождениях организовать технологию усреднения качества руды сложнее из-за ограниченности запасов и требуемого количества очистных забоев с соответствующим содержанием полезного компонента. При возможности усреднения возрастает деконцентрация горных работ и, как следствие, увеличиваются сроки оборачиваемости оборотных средств, повышается себестоимость добычи руды. Для предприятий с производственной мощностью 50-150тыс т/год эти обстоятельства негативно отразятся на экономических показателях

Освоение маломасштабных месторождений с учетом распределения запасов, начиная с более богатых и легкодоступных, позволит в первые годы эксплуатации получить наибольшие положительные денежные потоки, сократить период окупаемости капитальных вложений, продолжить финансирование проектов на освоение новых объектов.

В разработанной методике целевая функция сформулирована на максимум ЧДЦщ, путем выбора рациональных объемов добычи руды из отдельных рудных тел (р)

{ф„ -

= ¿¿А ' „ V«

,=0 >.1 (.1 + Е + г, + г„ у

X ы С Mm S4 +

100

Q/юг гад Ки ^ ^га-1

[х„ (с« + с„ф + с ^ + с„)]- хмсмщ *

Хп, 0 02(фгкр + Ф0б)

e* v rj

• [хя{сдае + + С*. + С„ )-Хп,еаеЦ (я*. + я „ )-

0 02(ф^ + i, 111 & Кщр ________(6)

П.-У , -> max,

Qu \ TM)\\ ^(l + Ef

где t- текущий период разработки месторождения, год, Т- срок отработки месторождения, лет, п - порядковый номер рудного тела, лет, N - число рудных тел месторождения, пгг, Е - ставка дисконта, Х„, - годовой объем добычи руды из и-го рудного тела в t- й год, т/год; г3 и гс - соответственно относительный риск неподтверждения запасов и среднего содержания полезного компонента, С„, - среднее содержание полезного компонента в эксплуатационных запасах «-го рудного тела, разрабатываемого в t-м году, г/т; е - коэффициент извлечения полезного компонента при обогащении руды, дол.ед, Ц - цена за единицу готовой продукции, р, Фзд и Ф0в -балансовая стоимость зданий, сооружений, прочих специализированных фондов и горного оборудования, р, AMui, AOt.i - амортизационные отчисления в ?-м году эксплуатации, соответственно специализированных основных фондов и горнотехнического оборудования, р , Qmzzod ~ годовой объем погашенных запасов, т, QM - эксплуатационные запасы месторождения, т; ки- коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр, Ксв - стоимость горного оборудования, р, N0s - усредненная норма амортизации горного оборудования, %, Сдоб, С„ер, Садм, Стр - соответственно эксплуатационные затраты на добычу, переработку руды, административные расходы, транспорт руды, р /т, Ндти Нпр -соответственно, ставка налога на добычу полезного ископаемого и прочие налоги от реализации продукции, дол ед , Н„ри6 — ставка налога на прибыль, дол ед , tc -текущий год строительства шахты, год, Тс - срок строительства шахты, лет, Кстр — капитальные затраты на строительство шахты, р

При этом необходимо учесть следующие ограничения

1 (7)

2)Х„,>0,

(8)

N Т

(9)

СиХи +с21х21 + +с,лг, -^11+ -^21 + +

— ПИП >

(10)

где Агод - максимальная производительность шахты по горным возможностям, т/год; Qф - производственная мощность обогатительной фабрики, т/год, СтЫ - минимальное промышленное содержание полезного компонента в руде, г/т

С помощью разработанной методики выполнены расчеты по определению оптимальных объемов добычи руды по четырем месторождениям Бугутуро-Абагайтуйского рудного узла. Срок окупаемости капитальных затрат на разработку Семилетнего месторождения с учетом распределения сокращается с 5,5 года до 3,2 года Расчетные величины ЧДЦ имеют наибольшие значения в вариантах с первоначальной разработкой богатых и более доступных запасов месторождений

Многие маломасштабные месторождения залегают вблизи дневной поверхности, в связи с чем возможна разработка месторождения открытым подземным способами Применение комбинированного способа повысит эффективность разработки месторождения, поскольку до определенной глубины открытый способ может оказаться более эффективным в сравнении с подземным

Предлагаемая методика основана на повариантном методе максимизации ЧДЦ при комбинации открытого и подземного способа разработки

где ЧДЦ (Н0) - чистый дисконтированный доход от разработки месторождения открытым способом до глубины кт р, ЧДДп - чистый дисконтированный доход от разработки нижележащих запасов подземным способом, р.

При этом возможны следующие варианты

Если ЧДЦ (¡г0) по всем сравниваемым вариантам имеет отрицательное значение, это свидетельствует о том, что разработка месторождения возможна только подземным способом При отрицательном значении ЧДДп месторождение целесообразно разрабатывать только открытым способом до глубины к0 с положительным значением ЧДЦ(ЪП)

Не исключаются другие сочетания, например, в одном из вариантов ЧДДП может иметь отрицательное значение, в этом случае вариант исключается из расчета.

ЧДЦ (к0) от разработки месторождения открытым способом определяется из выражения

ЧДЦ{К) + ЧДД„ тах

(И)

^W-i^-TT-Ц+АМ< +АМг + АМ,)-Ар,(Сдоб+Стр +

,=о (.1 + £,+rs+rc) И2">

1.0 (.1 + £■)

где - годовой объем добычи руды в t - й год эксплуатации карьера, т/год; г3 и гс - соответственно относительный риск неподтверждения запасов и среднего содержания полезного компонента, См, - среднее содержание полезного компонента в руде, добываемой в t - м году, %, е - коэффициент извлечения полезного компонента при обогащении руды, дол ед ; Ц—цена единицы производимой продукции (р/г, р/т), AM}, АМ2, АМ3 -амортизационные отчисления соответственно, на специализированные основные производственные фонды, срок использования которых определяется сроком разработки месторождения открытым способом, на основные производственные фонды, срок эксплуатации которых не связан со сроком извлечения запасов открытым способом и автосамосвалы, эксплуатируемые в карьере, р, Сдо& Стр, Садм - соответственно, эксплуатационные затраты на добычу руды открытым способом, переработку руды и административные расходы, р/т, Стрр и Стрв -соответственно затраты на транспортирование 1 т руды и 1 м3 вскрыши на 1 км, р/т*км, р/м3 *км, lm.PPi и lmpe,t - расстояния транспортирования, соответственно, руды и вскрыши в t - ом году эксплуатации карьера, км, Vet - объем вскрышных пород в / - м году, м3/год, С„ - эксплуатационные затраты на 1 м3 вскрыши, р/м3, Н, - суммарные налоги, выплачиваемые в t -м году, р , Кстр к — капитальные затраты на строительство карьера, р, Е -норма дисконта, Tho — срок эксплуатации карьера по варианту, соответствующему глубине /г,„ лет, Тс - срок строительства карьера, лет

ЧДД от разработки месторождения подземным способом определится с учетом организационно-технологической схемы освоения месторождения. Методика внедрена в проект на разработку Барун-Шивеинского вольфрамового месторождения Результаты расчета показали, что оптимальная глубина открытых горных работ составляет 15м (3 уступа), максимальный ЧДД достигается при одновременном начале строительства подземного рудника и ведения открытых горных работ.

На выбор способа и схемы вскрытия месторождений оказывают влияние общеизвестные природные, организационные и технические условия и факторы, но при вскрытии маломасштабных месторождений необходимо учитывать следующие особенности.

1 Низкая достоверность информации о запасах руды и среднего содержания полезного компонента на нижних горизонтах вскрываемого месторождения

2 Относительно небольшая глубина залегания месторождений (до 200-25Ом) позволяет использовать современные средства выдачи руды -автосамосвалы, троллейвозы, а для спуска и подъема людей -лифтоподъемники Применение мобильного горнопроходческого и

добычного оборудования исключает потребность в подземных вспомогательных цехах и службах (ремонтно-механические, складские, инструментальные), что приводит к дополнительному сокращению штата подземных рабочих, повышению производительности труда

3. Малые запасы месторождений и короткий срок эксплуатации горнокапитальных выработок, зданий и сооружений промышленной площадки рудника позволяют ускорить получение дополнительных доходов от амортизации названных объектов, реинвестировать их в другие проекты

4 Вскрывающие выработки одновременно могут быть использованы как подготовительные, поэтому их параметры увязаны с применяемым способом и схемой подготовки, системой разработки и типом горного оборудования

5. Удаленность месторождений от промышленных объектов основного горнодобывающего предприятия требует решения задачи по сочетанию способа подъема и вида транспорта руды на ЦОФ или ПОУ

Большое разнообразие природных и климатических условий, различия горнотехнических факторов и технологий разработки месторождений, известных видов транспорта, а также богатый отечественный и зарубежный опыт вскрытия рудных месторождений позволили разработать схемы вскрытия маломасштабных рудных месторождений в гористой и равнинной местности, а также методические основы выбора рационального варианта вскрытия месторождения (рис 4)

На жильных месторождениях буровой разведкой выявляются только запасы категории С2 и прогнозные ресурсы Р) и Р2, поэтому выбор шага вскрытия затрудняется отсутствием достоверных горно-геологических данных о запасах руды и полезного компонента на нижних горизонтах Перевод этих запасов в более высокие категории приведет к существенному увеличению затрат на геологоразведочные работы.

Вскрытие месторождения вертикальными стволами на глубину разведанных запасов создает благоприятные условия для ритмичной работы шахты при высокой обеспеченности вскрытыми, подготовленными и готовыми к выемке запасами и позволяет исключить водоотливные станции и выработки для углубки ствола на промежуточных горизонтах, а также повысить эффективность работы подземного транспорта и шахтного подъема, получить более достоверную горно-геологическую информацию о запасах месторождения на нижних горизонтах для текущего планирования горных работ

Вскрывать поэтажно жильные месторождения эффективнее спиральными или тупиковыми наклонными съездами В этом случае углубку ствола и подъем по нему руды производят одновременно Начало вскрытия нижних горизонтов необходимо согласовывать с нормативом вскрытых запасов 0гскр (т).

т т I т V?

{ не , -Чм , гор верт . " нр ^ а „ Л

+-—+тг-к,«+е,«!> (13)

ис ке гор верт ир

Рис. 4 Блок-схема выбора варианта вскрытия месторождения

где ЬиаЬке,Ьгор и Ьверт - соответственно длина наклонного съезда на высоту одного этажа, длина квершлага, суммарная длина горизонтальных и вертикальных горноподготовительных выработок, для создания норматива

19

подготовленных запасов, м; У,ю Ут, Угор и Уверт - соответственно скорости проведения наклонного съезда, квершлага, горизонтальных и вертикальных горно-подготовительных выработок, м/мес; Жнр - суммарный объем нарезных работ, необходимых для создания норматива готовых к выемке запасов, м3, Унр - средняя скорость проведения нарезных выработок, м3/мес, Ажс- месячная производительность шахты, т/мес, <2р„, - резерв вскрытых запасов, т

За критерий оценки вариантов вскрытия принимаются дисконтированные затраты (ДЗ) с учетом амортизационных отчислений (р)

ДЗ=К + Э~АМгкрз-АМм- АМас, (14)

где К и Э - дисконтированные капитальные и эксплуатационные затраты на вскрытие месторождения за период его эксплуатации соответственно, р., АМгщп и АМ„ - соответственно дисконтированные амортизационные отчисления на специализированные основные производственные фонды, срок использования которых определяется сроком извлечения полезного ископаемого и на основные производственные фонды, срок эксплуатации которых не связан со сроком извлечения полезного ископаемого, р , АМас -дисконтированные амортизационные отчисления на автосамосвалы, р.

Технология подземной разработки глинистых руд жильных месторождений. Малая глубина залегания маломасштабных месторождений, относительно невысокие температуры и особенности состава минералообразующих растворов обусловили интенсивную аргиллизацию базовых пород и широкое развитие в составе жильного выполнения глинистых материалов В значительных количествах (20-30%) глинистые минералы - каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюды присутствуют на месторождениях флюорита

Под влиянием гидрообеспыливания при бурении шпуров, естественной влажности воздуха, притока шахтной воды и других факторов глина становится вязкой и липкой В результате руда слеживается, возникают налипания рудной массы на лежачем боку, образуются гребни в межлюковом пространстве и, как следствие, увеличиваются потери руды Кроме этого снижается интенсивность выпуска руды из магазина, на долю которого приходится до 50 % от всех трудозатрат по очистным работам

Широко используемые современные способы и средства ликвидации зависаний руды — механический, взрывной, в т ч. с применением реактивных снарядов - малоэффективны, приводят к переуплотнению руды и не ликвидируют зависания Статистические данные, хронометражные наблюдения на жильных флюоритовых месторождениях, разрабатываемых ООО «Кварц», показали, что из-за присутствия в руде глинистого материала производительность труда на выпуске не превышает 19,3 т/чел в смену, потери руды в среднем по руднику составляют 9,7%. Две трети от общего числа зависаний (14,4 шт/100т) приходится на слеживание уплотненной руды Ликвидация зависаний взрывным способом на 40% увеличивает расход взрывчатых материалов По жиле Романовская Олимпийского

участка в пяти блоках из 40882 т отбитой руды не смогли выпустить 12264 т руды и 3678 т минерала

Влияние глины на процесс выпуска руды из магазинов выявлено в лабораторных условиях на физической модели, с соблюдением подобия основных физико-механических свойств руды - угол внутреннего трения, силы сцепления, гранулометрический состав Модель была изготовлена в виде лабораторного стенда, имитирующего выпуск руды из блока размером 40x40м в масштабе 1 '25.

Лабораторные исследования выпуска замагазинированной глинистой руды проводили в двух вариантах моделирования

- выпуск глинистой руды по фактическому состоянию очистных работ на Гарсонуйском руднике при соблюдении геометрического подобия параметров блока, с подбором требуемого гранулометрического состава руды и процентного содержания глины,

- выпуск глинистой руды по предложенному способу с установкой в выработанном пространстве перфорированных оросительных труб и предварительным водонасыщением руды для доведения глины до текучего состояния

Для определения критической влажности глины, при которой происходят зависания руды в блоке, было выполнено 88 экспериментов с шириной очистного пространства 1м и 82 - с шириной 2м Начальная влажность руды изменялась от 5% до значения, соответствующего началу зависания руды Содержание глины в рудной массе изменялось от 3% до 15%.

По результатам лабораторных экспериментов и аналитических исследований получены зависимости значения критической влажности, при которых появляется зависание руды в магазине, от процентного содержания глины (рис 5) Для определения границы начала зависаний руды и трудоемкости выпуска получены уравнения связи между влажностью глины на границе зависания Жг э (%) и ее содержанием в рудной массе Г(%) (15), а также продолжительности генерального выпуска Т (мин) в зависимости от процентного содержания глины в руде Г и ее влажности ¥/(%) (16)

1¥гз =19912-0725 Г, (15)

ф 00562+0 0022 Г -О 00014-Г2 ) Ж

Тт= ехр"_

0 02198 + 0 00064 Г-0,00011-Г2 (16)

Оба выражения имеют высокие коэффициенты корреляции (свыше 0,97) и малые ошибки аппроксимации по Стьюденту.

Результаты выполненных экспериментов показали, что интенсивность выпуска по способу с орошением отбитого рудного массива повышается в среднем в 1,6 раза (рис. 6)

Время генерального выпуска, мин.

3 4 5 6 7 8 9 Ю 11 12 13 14 15 Содержание глины, %

Рис 5. Изолинии времени генерального выпуска 100 - 300 - время генерального выпуска

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Влажность глинистой фракции в рудной массе, % [-«-3% глины -«-7% глины -+-15% глины|

Рис 6. Интенсивность генерального выпуска на модели в зависимости от содержания глины в руде и ее влажности

Количество воды Уд, которое необходимо добавить для перевода глины в текучее состояние, определятся как разность между требуемым количеством воды Ут и уже имеющимся в руде Ун

Гд^Ут-Ун или Уд =Ур Г, Г„гг _Уд)> (П)

Ув 10

где УР - объем замагазинированной руды, м3, ¡¥н - начальная влажность глины, %, И^гт - влажность на границе текучести глины (требуемая влажность), %; Г-содержание глины в руде, %; у в, уг -плотность воды и плотность скелета глины соответственно.

Для руд Гарсонуйского рудного поля установлены тесные корреляционные связи плотности скелета глины уг и начальной влажности

ТГи, а также влажности на границе раскатывания ЖГт и плотности глинистой фракции у. Для практических расчетов, предложена формула (18) и построена соответствующая номограмма

V. ,/2,05494 + 0,03887 №„ -0,00149 ( 1 ) /,оч

V,, = р у ———:-—е.—:-2.-5--цг г (18)

д Гв Ю4 1^-0 00875 + 0 01954 у )

Параметры оросительной системы зависят от фильтрации воды через

рудный массив При орошении крупнообломочного рудного массива вода

движется вниз под действием гравитационных сил с растеканием в стороны

по наклонным поверхностям кусков руды Основные параметры потока

воды через орошаемый рудный массив определены имитационно -

математическим моделированием в предположении, что орошаемая

жидкость свободно падает с высоты, равной размеру рудного куска, со

скоростью свободного падения или стекает по наклонной поверхности куска

со скоростью, зависящей от наклона поверхности Введя ограничения на

скорость движения жидкости и положение поверхности рудного куска в

пространстве по известным формулам движения жидкости в открытых

руслах получена формула скорости движения жидкости по поверхности

куска V (м/с)

X

ГлГ, (19)

Г 2

где ЛИ — шероховатость поверхности куска, м; г — гидравлический уклон, отн ед

Результаты моделирования позволили рассчитать основные статистические параметры, характеризующие водный поток через рудную массу и получены зависимости

- угла распространения водного потока р (град) от среднего размера рудного куска

>3 = 59 02164+2 32905 1п(£>), (20)

- средней скорости водного потока ¥ср (м/с) от среднего размера рудного куска

^-141783+0 16262-1^1)), (21)

где ^-среднестатистический диаметр рудного куска, м

Система оросительных труб в блоке с замагазинированной рудой рассчитывается по отдельным ее элементам с учетом возможностей шахтного трубопровода. Предлагаемая методика расчета включает.

- расчет диаметра и количества оросительных отверстий в зависимости от гидростатического напора (возможности шахтного трубопровода);

- расчет расходных характеристик оросительной системы и выбор диаметра оросительных труб, в том числе с использованием эффекта эрлифта;

V = 25

(80

ДА

АИ 2

0,025

I

ДА 2

- выбор конструкции оросительных секций и расчет расходных характеристик по каждой секции или для каждого отбиваемого слоя руды;

- определение времени орошения рудной массы для доведения ее до текучего состояния;

определение количества оросительных труб на один эксплуатационный блок,

Опытно-промышленные испытания технологии выпуска руды проведены в блоке Лга 3 жилы Романовской Гарсонуйского рудного поля. Для достоверности и сопоставимости результатов испытания опытный блок был разбит на два равных полублока. Один полублок оборудовали системой орошения, а другой - по принятой на руднике технологии очистных работ (рис. 7).

Рис, 7. Схема подготовки и отработки блока с применением технологии орошения рудного массива: 1 - откаточный штрек, 2 и 3 - блоковые восстающие, 4 — искусственное днище, .5- выпускные люки, 6 -гидроизоляция, 7 - в о до подающие трубы, 8 - защитный башмак

В первом полублоке установили три оросительных трубы на расстоянии 8м друг от друга и 4м от блокового восстающего.

Перед началом выпуска из первого полублока через оросительные трубы в очистное пространство подавали воду с небольшими порциями сжатого воздуха. По результатам лабораторных анализов, влажность глины в первом полу блоке колебалась в пределах от 42,8 до 61,4 %. Расход воды фиксировали водомерам, при частичном выпуске он составил для первой трубы от 1.8 до 2,1 м3/час - в зависимости от высоты отбиваемого слоя. Период от подачи воды в блок до начала истечения руды составил 15 минут. За время проведения испытаний в первом полублоке зависания руды не зафиксированы, поток руды легко управлялся, куски руды были отмыты от глины, перепуска не отмечалось.

Выпуск руды из второго полублока сопровождался регулярными зависаниями, затруднялось управление потоком руды, имели место просыпи у вагонеток. За весь срок отработки полублока общее число зависаний

составило около 300, или 12,1 зависаний на 100 т добываемой руды. В итоге производительность труда на выпуске оказалась ниже на 28,3 %, а потери руды возросли до 8,6 % (табл 3)

Таблица 3

Технико-экономические показатели производственных испытаний

технологии выпуска руды с орошением отбитой рудной массы в блоке

Наименование показателей Ед изм Первый полублок (с орошением) Второй полублок

1 Выпущено рудной массы всего, втч - частичный выпуск, - генеральный выпуск т 2440 2307

т т 667 1773 646 1661

2 Содержание глины в руде % 12 12

3 Влажность глинистого материала при выпуске руды % 42,8-61,4 15,3-22,6

4 Количество зависаний шт/100т - 12,1

5 Производительность труда на выпуске т/чел-см 27,3 18,6

6 Потери руды в полублоке % 5,4 8,6

Технология подземной разработки жильных месторождений с изменчивой мощностью Повышенное содержание полезного компонента в жильных месторождениях предполагает применение технологии очистных работ с высокими показателями извлечения и минимальным разубоживанием Вместе с тем практически нереально применять на месторождениях дорогостоящую систему с твердеющей закладкой, так как строительство закладочных комплексов увеличит объемы капитальных вложений на 25-30% и на 70-80% возрастут затраты на добычу руды, что сделает нерентабельной разработку даже самого богатого маломасштабного месторождения Для разработки тонких крутопадающих жил приемлемы простые, безопасные и недорогие системы с магазинированием руды, с распорной крепью или с раздельной выемкой руды и вмещающих пород Эти системы эффективны только в том случае, если жилы имеют относительно выдержанную мощность по падению и по простиранию На отдельных месторождениях мощность жилы в контурах выемочного блока колеблется от 0,1 до 5 м и более. Применение в этом случае систем с магазинированием или с распорной крепью приведет к значительному разубоживанию за счет прихвата в местах пережима вмещающих пород при создании необходимой ширины очистного пространства Применение системы разработки с раздельной выемкой руды и вмещающих пород окажется технически невозможным, потому что на участках с мощностью жил более 1,0 м потребуется большой объем породы для закладки выработанного пространства В связи с этим существенно возрастут затраты на отбойку, возникнут большие трудности с планировкой площадки и укладкой настила

Разрабатывать жилы с изменчивой мощностью предложено комбинированной системой, позволяющей существенно снизить

разубоживание (рис 8) Отбойку руды ведут наклонными слоями под углом 35° к горизонту от центрального восстающего в направлении блоковых При уменьшении мощности жилы ниже минимально допустимой ширины очистного пространства (менее 0,6м) переходят на технологию очистных работ с раздельной выемкой руды и породы С этой целью на замагазинированную руду укладывают жесткое перекрытие, которое закрепляют к висячему и лежачему бокам с помощью анкеров

А^А |_А з

Рис 8. Комбинация систем разработки с магазинированием руды и раздельной выемкой 1-откаточный штрек, 2-блоковый восстающий, 3-центральный восстающий, 4-компенсационное пространство, 5-выпускные люки, 6-пустая порода, 7- жесткое перекрытие, 8-гибкое перекрытие, 9-межблоковые выпускные люки

На это перекрытие первоначально отбивают руду, которую выпускают на откаточный штрек по рудоспускам блоковых восстающих Затем отбивают породу и оставляют ее в очистном пространстве полублока На отбитую породу укладывают временный шарнирно складывающийся металлический настил, на который отбивают руду

На участках отработки жил с мощностью, превышающей минимально допустимую ширину очистного пространства, на породный массив укладывают постоянный металлический настил, а на месте стыковки постоянного настила с рудоспуском блоковых восстающих устанавливают межблоковые выпускные люки Затем производят отбойку руды по всей мощности жилы Отбитую руду частично магазинируют, а часть выпускают через рудоспуски блоковых восстающих После отработки блока производят генеральный выпуск руды через люки

Таким образом, переход от системы разработки с магазинированием руды к системе с раздельной выемкой и обратно позволяет исключить прихват пустой породы в местах пережима жилы и, следовательно, снизить разубоживание руды

Выбор системы разработки для крутопадающих тонких жил производят раздельно Для жил с выдержанной мощностью сравнению подлежат две системы - система с магазинированием руды и система с раздельной выемкой руды и вмещающих пород, а для жил с невыдержанной мощностью - комбинированная система и система с магазинированием руды

За критерий оценки систем разработки принимается прибыль в расчете на 1 т балансовых запасов полезного ископаемого Пр (р/т) с учетом потерь и разубоживания

Пр=~~{Цд~Сд), (22)

где Цд — извлекаемая ценность 1 т добытой рудной массы, р/т, Сд -эксплуатационные затраты на производство конечной продукции в расчете на 1 т добываемой рудной массы, р/т

Исследования влияния различных факторов на величину прибыли Пр, при разработке тонких жил с выдержанной мощностью системами с раздельной выемкой и с магазинированием руды, а также тонких жил с невыдержанной мощностью системой с магазинированием и комбинированной системой разработки, выявили области их рационального применения (рис 9,10)

Для выбора рациональной системы разработки создана компьютерная программа

Рис. 9. Области применения систем разработки с магазинированием руды и раздельной выемкой на выдержанных по мощности жилах при различных содержаниях золота в жильной массе

йззз

г

В7зпя

±

Похамта,

вти «д

Рис. 10. Область применения комбинированной системы разработки в зависимости от содержания золота в жильной массе и высоты одного пережима

-——• относительная высота пережима содержание золота в жильной массе отношение высоты пережима (Ту к высоте камеры (Щ

Ж.

Технология разработки жил с естественными полостями. В жилах флюоритовых месторождений достаточно широко распространены естественные полости, представляющие собой пустоты, расположенные примерно по центру жилы

Размеры полостей достигают до 100 м по простиранию жилы, 50 м по падению и 2 м по ширине Толщина «примазки» со стороны висячего и лежачего боков достигает 0,5-0,7 м с высоким содержанием Са

Наличие естественных полостей значительно усложняет технологию очистных работ и требует решения задачи по выбору рациональной и безопасной системы разработки В настоящее время флюоритовые жилы с естественными полостями практически не разрабатываются или ведётся их частичная выемка с нарушениями «Единых правил безопасности » и большими потерями руды. Для этого используют заряды ВВ на деревянных шестах

С откаточного штрека заряды прикладывают к стенкам блока и производят взрывание. Под открытым очистным пространством руду погрузочными машинами загружают в вагонетки. При этом, высококачественный кусковой флюорит переизмельчается, а потери руды достигают 50-60%

Разработанный способ позволяет отрабатывать участки жил с естественными полостями в два этапа На первом этапе осуществляют подготовительные работы (рис 11а), которые начинают с проведения откаточного штрека, фланговых восстающих и подэтажного полевого штрека Нарезные работы заключаются в оформлении днищ подэтажей и проведении с помощью взрывных скважин в центре полевого подэтажного штрека рудоспусков, количество и ориентацию которых определяют по размерам естественной полости

Отбойку руды начинают с верхнего подэтажа в восходящем порядке, перепуская ее через рудоспуски в естественную полость нижнего подэтажа В верхней части нижнего подэтажа из фланговых восстающих проводят сбойки для доступа в очистное пространство и эффективного проветривания Заполнение естественной полости замагазинированной рудой производят до уровня почвы сбоек.

На втором этапе (рис. 116) в нисходящем порядке отрабатывают запасы нижнего подэтажа Взрывные работы на каждом последующем слое в приконтурной зоне производят с применением низкобризантных ВВ или невзрывных разрушающих средств (НРС)

Частичный выпуск на высоту отбиваемого слоя жильной массы производят через орты-заезды в днище нижнего подэтажа Доставку кускового флюорита до фланговых восстающих осуществляют скреперами По мере развития очистных работ на нижнем подэтаже выработанное пространство закрепляют переносной предохранительной крепью, а погашение рудного целика производят взрывными скважинами с недозарядом с промежуточного штрека после завершения отбойки нижнего подэтажа Внедрение предлагаемого способа на ООО «Калангуйский плавшпат» позволило сократить потери руды в 5-6 раз, снизить разубоживание руды на 25-30%.

Технология выпиливания жил окисленных руд. Большое промышленное значение имеют участки жильных месторождений с зонами окисления богатых сульфидных руд Как правило, эти участки представлены окисленными, легкоразборными, разрушенными рудами и слабоизмененными вполне устойчивыми вмещающими породами. Сульфидная сыпучая руда представляет собой рыхлые песчанистые породы серого, иногда почти черного цвета, состоящие преимущественно из пирита с примесью сульфидов меди, свинца, цинка с коэффициентом крепости по шкале проф ММ Протодьяконова 1,5-4 Мощность зон окисления составляет 10 - 60м Разработка этих месторождений традиционной технологией с применением систем с магазинированием руды, распорной крепью, раздельной выемкой руды и вмещающих пород связана с высокой опасностью и трудоемкостью работ, а также с большими потерями и разубоживанием руды

Разработанная технология выпиливания тонких жил (рис 12) предусматривает использование механизма, состоящего из двух самоходных тележек, которые располагаются соответственно в траншее и на откаточном штреке

На одной из самоходных тележек размещен привод, на выходном валу которого находится приводная звездочка для передачи движения бесконечной тяговой цепи Для натяжения тяговой цепи на самоходной тележке установлено натяжное устройство с холостой звездочкой

пол пружиненные стоковые резцы вступают в контакт с вмещающими породами, коэффициент крепости которых превышает коэффициент крепости руды.

Давление со стороны породного массива через боковые резцы передается пружинам, что приводит к их сжатию и угловому смещению боковых резцов относительно осей пальцев. Вследствие этого происходит уменьшение вынимаемой мощности. С увеличением мощности жилы под действием пружин боковые резцы смещаются в противоположном направлении, при этом увеличивается вынимаемая мощность жилы. Постоянный контакт части поверхности боковых резцов с породным массивом без его разрушения обеспечивает соответствие вынимаемой мощности жилы.

Усилия резания боковых режущих инструментов складываются из усилия подачи тяговой цепи на забой Т и усилия сопротивления пружин Р> (рис, 13). Результирующее значение этих сил Я (кН) определится по формуле.

Д = 4тг+Р> . (23)

Эффективное разрушение жилы без разрушения вмещающих пород боковыми режущими инструментами достигается при соблюдении условия

АтрЖ>Аж, (24)

где А по/,_ и Аж - сопротивляемость резанию соответственно вмещающих пород и жшты, кН.

Показатель сопротивляемости резанию с некоторым допущением

коррелируете я с коэффициентом крепости / по шкале проф. М.М. Протодьяконова А - 150/. Величина рабочего хода пружины й зависит от амплитуды изменения мощности жилы А И (м) АЬ=Н—Нг, где Н1=Нд-пкРI- установочная длина пружины с предварительной затяжкой Р/ м; Яэ = Н„ - п Я Р^-длина пружины при действии наибольшей внешней нагрузки Р2,

м; Нп — длина пружины в свободном, ненагруженном состоянии, м; п - число витков пружины; к - осевая податливость одного витка пружины, м.

Для конической пружины, как наиболее устойчивой и допускающей значительно большие осадки, в сравнении с цилиндрической, полная осадка определится по формуле

Рис. 13. Усилия резапия боковых режущих органов

г и

где г - радиус проволоки, мм, (7 - жесткость сечения витка на кручение, Н/м2, Я] и К2 - соответственно малый и большой радиусы конической пружины, мм

Таким образом, рабочий ход пружины составит к = п Л ( Р2 - Р,) (26)

Из условия предварительной затяжки пружин Р[ = (0,1- 0,3) Р2 формула принимает более простой вид

к = 0,8п ХР2 (27)

При известном значении изменения мощности жилы Ак по значениям п и X можно определить требуемое значение усилия сопротивления пружины

Рг= — (28)

1,биД

Расчеты, выполненные для условий жильных месторождений Лебединного рудного поля с параметрами выемочного блока1 высота 30 м (глубина зоны окисления), длина выемочного участка 120м, мощность жилы от 0,3 до 0,5 м, угол падения жилы 80°; коэффициенты крепости руды - 2-4, породы 7-8, плотность руды 2,2 т/м3; влажность руды 15-20% - показали высокую эффективность применения данного устройства Производительность труда забойного рабочего увеличивается в 2,73 раза (составляет 8,7 м3/чел смену), потери руды сокращаются почти в 6 раз и разубоживание - в 12 раз (составляют соответственно, 5% и 4,2%)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технологические решения по рациональному освоению маломасштабных месторождений полезных ископаемых подземным способом, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие горнорудной промышленности России

Основные научные выводы и рекомендации, полученные лично автором, заключаются в следующем

1 Выполнен анализ освоения маломасштабных месторождений и выявлена высокая эффективность их разработки за счет незначительных капитальных вложений, короткого срока окупаемости и простоты технологии ведения горных работ.

2 Выявлен высокий потенциал развития горнодобывающей промышленности Восточного Забайкалья за счет вовлечения в эксплуатацию маломасштабных месторождений различных видов полезных ископаемых -около 1000 золоторудных объектов, 280 - вольфрама, 370 - олова, 570 -молибдена, 750-флюорита, а также многочисленных месторождений редких и благородных металлов, полиметаллов, железа, угля и строительных горных пород

3. Предложена схема формирования стратегии освоения маломасштабных месторождений, позволяющая использовать менее

дорогостоящие способы и инструменты для оценки конкурентных позиций продукции и завоевания своего места на рынке минерального сырья

4 Доказано, что экономическую оценку эффективности освоения группы жильных месторождений следует проводить с учетом пространственного расположения их между собой и относительно действующей центральной обогатительной фабрики по динамическому критерию - максимуму ЧДД Выбор рациональных размеров шахтных полей в условиях территориальной разобщенности отдельных рудных тел и прилегающих месторождений целесообразно определять методом вариантов При этом в каждом варианте поочередно вводят в расчеты исходные данные по дополнительно включаемым в разработку запасам периферийных рудных тел или соседних месторождений ЧДД рассчитывают с учетом вероятностных характеристик исходной информации по запасам руды и среднего содержания полезного компонента

5 Разработана методика определения границы перехода с открытых горных работ на подземные по критерию максимума совокупного ЧДД от открытого и подземного способов разработки месторождений, которая в наибольшей степени соответствует современным стандартам рыночной экономики

6 Предложены перспективные схемы вскрытия маломасштабных месторождений в гористой и равнинной местности Разработана методика выбора рационального варианта вскрытия с учетом природно-климатических и горно-геологических условий, горнотехнических и технологических факторов по критерию минимума дисконтированных затрат, учитывающая амортизационные отчисления на специализированные фонды, основные производственные фонды и транспортные средства

7. Разработана технология выпуска из очистных блоков замагазинированной глинистой руды с применением системы орошения и доведения глины до состояния текучести, позволяющая увеличить производительность труда в 1,6 раза и в 1,5 раза сократить потери руды Установлены математические зависимости потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, для перевода глины в текучее состояние. Получены формулы для расчета времени орошения глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе и вероятностная модель определения угла наклона растекания воды в рудном массиве и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава руды Разработана методика расчета параметров оросительной системы.

8. Разработана технология выемки жил с изменчивой мощностью, основанная на переходе в местах пережима жилы от системы с магазинированием руды к системе с раздельной выемкой руды и породы и обратно - при восстановлении первоначальной мощности жилы, что повышает полноту и качество извлекаемой руды. Разработанные методики позволяют определить рациональные области их применения.

9. Для разработки жил ценного минерала в приконтурной зоне естественных подземных полостей предложена технология выемки жил

путем заполнения полости отбитой рудой из верхнего подэтажа с последующей нисходящей выемкой запасов нижнего подэтажа Внедрение технологии в производство позволило сократить потери руды в 5-6 раз, снизить разубоживание руды на 25-30% и сохранить кондиционные качества минерала

10 Для разработки сульфидных окисленных руд предложена технология выпиливания жил бесконечной тяговой цепью с жестко закрепленными центральными режущими инструментами и подпружиненными боковыми резцами, позволяющая существенно повысить полноту и качество добываемого ценного минерала

11. Результаты выполненных исследований по 20 жильным месторождениям в виде разработанных технологий, научно-методических положений, экономико-математических моделей, программ расчета на компьютерах использованы в технико-экономических обоснованиях и технических проектах ОАО «Ксеньевский прииск», ООО «Калангуйсьсий плавшпат», ЗабНТГео, Промышленной компании «Кварц», ООО «Светоч», ЗАО «Восток» и др, а также при подготовке горных инженеров по специальности 130404 и экономистов - менеджеров по специальности 080502 в Читинском государственном университете Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований в современных ценах составил 49195 тыс рублей

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Глотов В В Об инвестиционной привлекательности мелких месторождений полезных ископаемых - Горный информационно аналитический бюллетень - 2003. - №10. - С.105-107.

2 Глотов В.В Выбор оптимального шага вскрытия крутопадающих жильных месторождений // Разработка и обогащение твердых полезных ископаемых.-М ИПКОНРАН, 1981 -С 47-53

3 Глотов В В , Подопригора В Е, Синица С М Перспективные направления в вопросах вскрытия жильных месторождений // Современное состояние и основные направления в вопросах вскрытия жильных месторождений - Чита- ЧитПИ, 1982, - С 186-188

4 Глотов В.В Маркетинговые исследования при разработке мелких месторождений // Современные технологии освоения минеральных ресурсов. -Красноярск1 Изд-во ГУЦМиЗ, 2004 - С 426-429

5 Свирский МА., Нечаев ЮД-, Глотов В В О проекте отраслевой методики по нормированию вскрытых и подготовленных запасов при подземном способе разработки // 25 лет Читинскому филиалу института ВНИПИгорцветмет - Чита. 1982 - С 17-19

6 Глотов В В. Метод экономического обоснования содержания резерва подготовленных запасов при подземной добыче руд - Известия высших учебных заведений, Горный журнал - 1986-№3 -С 8-10

7. Глотов В В Мелкие месторождения - стартовая площадка для развития горнодобывающей промышленности Забайкалья - Ресурсы Забайкалья, - 2002 - Спец выпуск, - С. 49-53

8 Глотов В В Экономический потенциал мелких месторождений на рынке минерального сырья // Записки горного института - С-Петербургский государственный горный университет (институт) - 2005 - том № 161 С 105109

9 Глотов В.В , Метелева О В , Маркелова Е В Выбор оптимальных горно-технологических параметров мелких месторождений. - Горный информационно - аналитический бюллетень - 2005 - №1, - С 187 - 192.

10 Глотов ВВ, Жеребцов Г.Н, Горбунов В И и др Обоснование рационального горно - проходческого комплекса для проведения горизонтальных выработок //Проблемы горного производства Восточной Сибири.-Новосибирск Изд-воНаука, 1991 -С 97-100

11 Глотов В В , Ольшевский А А, Маклаков Ю А. Экономико-математическая модель выбора рационального проходческо-очистного комплекса при разработке мелких месторождений - Горный информационно

- аналитический бюллетень - 2005 - №5 - С 213-215

12 Глотов В В., Пучков Д Г, Хорохордин В.Н Выбор рационального места расположения обогатительной фабрики при разработке группы мелких месторождений - Горный информационно - аналитический бюллетень — 2005 -№12 - С 180-182

13 Глотов В В , Кужиков А А К вопросу выпуска глинистых руд из узких магазинов при разработке мелких флюоритовых месторождений // Современные технологии освоения минеральных ресурсов - 2005 - Вып №3 -Красноярск Изд-во ГУЦМиЗ С 201-208

14. Глотов В В, Сазыкин В А Обоснование рациональной области применения передвижных обогатительных установок для разработки мелких месторождений // Современные технологии освоения минеральных ресурсов.

- 2003.-Красноярск Изд-во ГУЦМиЗ С 147-151

15 Глотов В.В Перспективы освоения мелких флюоритовых месторождений Забайкалья / Материалы межрегиональной конференции, посвященной 40-летию ЗабНИИ - Чита. 2001 С. 203-206

16. Глотов В В Мелкие месторождения как основа развития малого горного бизнеса // Матер Ш Международной научн - практ конф /Ресурсы недр России- Экономика и геополитика, геотехнологии и геоэкология, литосфера и геотехника - Пенза Изд-во МНИЦ ПГСХА, 2004 - С 48-50

17 Глотов В.В, Подопригора В.Е Технология разработки весьма тонких жил коры выветривания - Горный информационно - аналитический бюллетень - 2007, отд выпуск №4, - С 75-79

18. Глотов В В. Оценка влияния обеспеченности рудника запасами на его производительность // Повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири - Иркутск Изд-во ИЛИ 1989-с 28-30

19 Глотов В В Технология разработки мелких жильных месторождениях с изменчивой мощностью - Горный информационно -аналитический бюллетень - 2007. отд вып №4 - С 70 -74

20 Глотов В В , Метелева О В. К методике определения рациональных размеров шахтных полей на мелких месторождениях // Материалы IV научн. техн конф. 2003.- Чита- Изд-во ЧитГУ - С 67-69

21 Глотов В В , Петровский П П Перспективы освоения мелких рудных месторождений Восточного Забайкалья - Горный информационно -аналитический бюллетень - 2007 отд. выпуск №4, - С 393- 402

22 Глотов В В, Метелева О В, Маркелова Е.В Определение рациональной последовательности отработки мелких месторождений. // Спец Выпуск, посвященный 30-летию Горного института / Вестник Читинского государственного университета Вып №35 - Чита: Изд-во ЧитГУ,2004 - С. 140-144

23. Глотов В В Организационные, финансовые и экономические аспекты развития малого горного бизнеса в зарубежных странах Матер V Всероссийской научн практ конф «Кулагинские чтения» - Чита - Изд-во ЧитГУ, 2005 - С 47-51

24 Глотов В В, Конюченко М В, Чипизубова Г.А Экономико-математическая модель определения оптимального размера штабеля для кучного выщелачивания //Матер, научн. практ конф. Геотехнология. Нетрадиционные способы освоения месторождений полезных ископаемых. М- Изд-во РУДН,- 2003 - С. 148-151.

25 Глотов В В , Наркелюн JIФ, Харитонов Ю Ф Некоторые проблемы комплексного использования минерального сырья // Матер IV научн техн конф Горного института - Чита: Изд-во ЧитГУ, 2003. - С 34-39

26 Глотов В В Оценка степени риска при освоении месторождений различного масштаба // Вестник международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности Спец вып - С-Пб-Чита: Изд-во «Стиль», 2006 - С 62-69

27 Нечаев Ю Д, Глотов В В. Влияние вскрытия и подготовки на показатели работы предприятий разрабатывающих жильные месторождения. //Повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири - Иркутск Изд-во ИЛИ, 1979 -С 48-53

28 Глотов В В Организация системы оплаты труда на предприятиях малого горного // Матер VI Всероссийской научн практ конф. «Кулагинские чтения» -Чита Изд-во ЧитГУ, 2006-С 160-165

29. Глотов ВВ. Организационные структуры управления предприятиями малого горного бизнеса // Современные технологии освоения минеральных ресурсов Вып №4. - Красноярск Изд-во ГУЦМиЗ, 2006 -С 29-33

30 Глотов В В Производственные системы освоения мелких месторождений - Горный информационно - аналитический бюллетень -2006 -№7. -С 81-84

31 Глотов В В Методические основы выбора рационального способа вскрытия мелких месторождений. - Горный информационно - аналитический бюллетень -2006 -№12 - С 278-285

31 Глотов В В. Формирование маркетинговой стратегии предприятий малого горного бизнеса - Известия высших учебных заведений Горный журнал -2006-№4 -С 25-28

33 А С 1786267 (СССР) Способ разработки крутопадающих рудных жил / Соавт Мыльников Ю В , Подопригора В Е, Пирогов Г Г Опубл 07 01.93 Бюл №1

34. А С 1493781 (СССР). Устройство для разработки тонких пластов ценного минерала / Соавт Подопригора В Е Опубл 15.07 89 Бюл №26.

35. Патент РФ №2232273 Способ выпуска отбитой руды, содержащей глинистый материал / Соавт Кужиков А А - Опубл. 10 07.2004 Бюл №19.

36. Патент РФ № 2187645 Способ разработки крутопадающих жил сложной морфологии. Опубл 20.08 2002. Бюл.№23

Подписано в печать И АГ 2007г. Формат 60*90/16 Объем 2 печ л Тираж 100 экз Заказ 50$

Типография Московского государственного горного университета Ленинский проспект, 6

Содержание диссертации, доктора технических наук, Глотов, Валерий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ПРАКТИКЕ И ЗАРУБЕЖОМ.

1.1. Характеристика маломасштабных месторождений.

1.2. Малые горные предприятия.

1.3. Анализ отечественной и зарубежной практики разработки маломасштабных месторождений.

1.3.1. Общие положения.

1.3.2. Геологоразведочные работы и оценка маломасштабных месторождений.

1.3.3. Способы вскрытия и технологии разработки маломасштабных месторождений.

1.3.4. Организационные, финансовые и экономические аспекты освоения маломасштабных месторождений.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ.

2.1. Маломасштабные месторождения рудного золота.

2.2. Маломасштабные месторождения вольфрама.

2.3. Маломасштабные месторождения олова.

2.4. Маломасштабные месторождения молибдена.

2.5. Маломасштабные месторождения флюорита.

2.6. Географические и горногеологические особенности маломасштабных месторождений.

2.7. Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ГОРНОТЕХНОЛОГИЧЕ СКИХ ПАРАМЕТРОВ ОСВОЕНИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

3.1. Стратегия освоения маломасштабных месторождений.

3.2. Организационно-технологические схемы освоения маломасштабных месторождений.

3.3. Определения рациональных размеров шахтных полей.

3.4. Определение оптимальных объемов добычи руды из отдельных рудных тел.

3.5. Определение границы перехода с открытых горных работ на подземные.

3.6. Выводы.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА СПОСОБА ВСКРЫТИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

4.1. Особенности вскрытия маломасштабных месторождений

4.2. Типовые схемы вскрытия месторождений.

4.3. Шаг вскрытия, нормативы вскрытых запасов.

4.4. Методические принципы вскрытия маломасштабных месторождений.

4.5. Критерий экономической оценки вариантов вскрытия.

4.6. Выводы.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ ГЛИНИСТЫХ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

5.1. Современное состояние технологии разработки месторождений глинистых руд.

5.2. Моделирование процесса выпуска руды из магазина.

5.3. Проведение лабораторных исследований.

5.4. Аналитические обоснования параметров технологии разработ- 195 ки глинистых руд.

5.4.1. Исследования физических характеристик глины.

5.4.2. Определение потребного количества воды для перевода глины в состояние текучести.

5.4.3. Исследование фильтрации воды через замагазинированную руду.

5.4.4. Обоснование параметров оросительной системы.

5.5. Опытно-промышленные испытания технологии разработки глинистых жил.

5.6. Выводы.

6. ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ЖИЛ В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

6.1. Технология разработки тонких круто падающих жил с изменчивой мощностью.

6.2. Технология разработки жил с естественными полостями.

6.3. Технология разработки жил окисленных руд.

6.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование стратегии и параметров рациональной разработки маломасштабных месторождений"

Актуальность работы. Высокая эффективность освоения жильных месторождений, преимущественно представленных маломасштабными объектами, достигается за счет небольших капитальных вложений, короткого срока их окупаемости, минимальных затрат на создание инфраструктуры, а также применения простых схем вскрытия и технологии очистных работ.

Минерально-сырьевые ресурсы маломасштабных месторождений самых различных видов полезных ископаемых весьма значительны. По численности на одно крупное месторождение, по разным оценкам, приходится от 10 до 90 маломасштабных.

В экономически развитых странах на долю рудников, разрабатывающих маломасштабные месторождения, приходится более 80% горнорудных предприятий, по объёмам добычи полезного ископаемого их доля составляет 15-30%, в России она не превышает 1-2%, причем сосредоточены эти предприятия в основном в золотодобыче.

В природе маломасштабные жильные месторождения значительно удалены от действующих промышленных объектов, рассредоточены в пространстве, руды месторождений богаты по содержанию полезного компонента. Небольшая глубина залегания определяет наличие окисленной сульфидной руды, присутствие в жилах глины, естественных пустот, высокую изменчивость мощности жил, что существенно усложняет технологию очистных работ.

Главными сдерживающими факторами интенсивного освоения маломасштабных месторождений являются слабое методическое обеспечение выбора оптимальных горно-технологических параметров, а также отсутствие рациональных технологий разработки, учитывающих горно-геологические особенности этих месторождений.

В этой связи исследования, направленные на научно-методическое обоснование технологических решений по освоению маломасштабных месторождений полезных ископаемых подземным способом, позиционируются как весьма актуальные.

Целью работы является установление закономерностей изменения полноты и качества извлечения полезного ископаемого под влиянием комплекса природных и горнотехнических факторов для обоснования прогрессивных технологических решений, обеспечивающих высокую эффективность и безопасность подземной разработки маломасштабных месторождений.

Основная идея диссертации заключается в реализации комплексного подхода к обоснованию направлений эффективного освоения маломасштабных месторождений, базирующегося на учете изменений морфологии рудных тел, физико-механических свойств компонентов рудной массы и возможности интенсификации её выпуска, снижения потерь и повышения качества извлекаемого полезного ископаемого.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплекс методов исследований, включающий анализ научного уровня обоснований технологических решений и практического опыта, системный технико-экономический анализ, аналитические исследования, методы исследования операций, математической статистики и теории вероятностей, экономико-математическое моделирование, физическое моделирование и опытно-промышленные эксперименты.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Эффективность освоения группы маломасштабных месторождений повышается посредством максимизации чистого дисконтированного дохода с учетом пространственного взаимного расположения добычных участков и центральной обогатительной фабрики.

2. Орошение отбитой руды в очистном блоке и доведение по прогрессивной технологии имеющейся в блоке глины до текучего состояния способствуют интенсификации выпуска руды из магазинов в 1,6 раза и снижает потери руды в 1,5 раза за счет ликвидации зависаний и гребней межлюкового пространства.

3. Увеличение полноты и повышение качества извлекаемой руды при изменчивой мощности жил достигаются путем перехода от системы с магазинированием руды в местах пережима жилы к системе с раздельной выемкой и обратно при восстановлении первоначальной мощности по предложенной технологии разработки жильных месторождений.

4. Разработка жил ценного минерала в приконтурных зонах естественных подземных полостей путем заполнения их отбитой рудой верхнего подэтажа с последующей нисходящей выемкой запасов нижнего подэтажа позволяет снизить в 5-6 раз потери руды и разубоживание её на 2530%, создать пространство для ведения буровзрывных работ.

5. Полнота извлечения и качество добываемого ценного минерала из жильных месторождений окисленных сульфидных руд повышаются при использовании технологии выпиливания жил машинами с бесконечной тяговой цепью, обладающей специальными центральными и боковыми режущими инструментами с усилием разрушения, не превышающим величину сопротивления резанию вмещающих пород.

Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием современных методов исследований, представительным объёмом . статистического материала, логической непротиворечивостью и сходимостью результатов теоретических исследований и проектных разработок с фактическими данными, высокой степенью адекватности полученных зависимостей, коэффициентом корреляции 11=0,6.0,9, положительными результатами апробации и внедрения рекомендаций в проектах при эксплуатации маломасштабных жильных месторождений с высоким экономическим эффектом.

Научная новизна работы:

- предложена систематизация маломасштабных месторождений по геоморфологическим и геотехнологическим признакам;

- разработана методика определения границы перехода с открытого способа на подземный при комбинированной разработке маломасштабного месторождения;

- предложена методика определения рациональных размеров шахтных полей с учетом вероятностных характеристик исходных данных о запасах месторождения и среднем содержании полезного компонента в руде;

- разработана методика обоснования оптимальных объемов подземной добычи руды из отдельных рудных тел маломасштабных месторождений, позволяющая повысить эффективность их освоения;

- установлены закономерности изменения прибыли на 1т балансовых запасов от изменчивости мощности жилы при различных содержаниях полезного компонента в руде и вмещающих породах, количества пережимов и относительной высоты одного пережима, вероятной цены за 1г золота или 1т концентрата;

- установлена зависимость определения потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, от исходной влажности и количества глины для перевода её в состояние текучести;

- получены зависимости для определения времени орошения отбитого глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе;

- предложена вероятностная модель определения угла наклона движения воды в отбитой руде и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава руды; получены зависимости усилия резания боковых режущих инструментов от амплитуды колебания мощности жил и осевой податливости пружины.

Научное значение диссертации заключается в разработке методической базы, обосновании прогрессивной технологии освоения запасов маломасштабных месторождений, содержащих глину, с изменчивой мощностью жил, приконтурных запасов естественных полостей и окисленных сульфидных руд.

Практическое значение результатов исследований:

- разработаны рекомендации по выбору рациональных схем вскрытия маломасштабного месторождения;

- предложена методика расчета параметров системы орошения глинистого рудного массива при выпуске руды из магазинов;

- разработаны технологические решения по орошению глинистого отбитого рудного массива при выпуске руды из магазинов, позволяющие повысить производительность труда и снизить потери руды;

- разработаны рекомендации по реализации технико-экономической оценки группы маломасштабных жильных месторождений с учетом их пространственного взаиморасположения относительно центральной обогатительной фабрики;

- предложена технология разработки жил невыдержанной мощности, позволяющая избирательно разрабатывать жилу с гибким переходом в местах её пережима, от системы с магазинированием к системе с раздельной выемкой, повышающая полноту и качество извлечения руды из недр;

- разработана технология выемки жил, позволяющая добывать высокоценный минерал из приконтурных запасов естественных пустот;

- предложена технология выпиливания жил богатых окисленных руд, обеспечивающая высокие показатели извлечения полезного ископаемого из недр.

Реализация работы. Предлагаемые методики и технологии освоения маломасштабных месторождений Восточного Забайкалья использованы при составлении технических проектов, технико-экономических обоснований и при эксплуатации более 20 маломасштабных месторождений. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 49195 тыс. руб. Результаты исследований использованы при разработке программы развития и использовании минерально-сырьевых ресурсов Читинской области до 2010 года и на перспективу (Государственный регистрационный № 43-02-11/1) под руководством и при непосредственном участии автора.

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались и получили одобрение на научно-технических советах ЗабайкалцветметНИИпроект, ЗабНИИ, ЗабНТгео, Забайкалзолотопроект, Промышленной компании «Кварц», ЗАО «Восток», ООО «Светоч», на научных конференциях в институтах ИПКОН РАН, МГГУ, РУДН (г. Москва), Санкт-Петербургском ГУ (г. Санкт-Петербург), ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск), ГУЦМиЗ (г. Красноярск), ЧитГУ (г. Чита), научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» (г. Москва, МГГУ 2003-2007г).

Публикации. По результатам научных исследований опубликована 41 научная работа, получены 2 авторских свидетельства и 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 306 страницах машинописного текста, содержит 113 рисунков, 49 таблиц и состоит из введения, шести глав, списка литературы из 162 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Глотов, Валерий Васильевич

6.4. Выводы

1. Разработана система с магазинированием руды и раздельной выем кой руды и вмещающих пород, позволяющая при эксплуатации жильных месторождений с изменчивой мощностью, в 1,3-1,5 раза сократить разубо-живание руды. Разработанные и реализованные в компьютерной программе расчета, методики выбора рациональной системы разработки для жил, в том числе с изменчивой мощностью, рекомендованы проектным организациям.

2. Разработана и обоснована технология разработки жил с естественными полостями посредством заполнения их рудой, предварительно отбитой на вышележащих подэтажах, позволяющая в 5-6 раз сократить потери руды, на 25-30% снизить разубоживание, а также сохранить кондиционные качества кускового флюорита.

3. Разработана технология выпиливания жил сульфидных окисленных руд бесконечной тяговой цепью с жестко закрепленными центральными режущими и подпружиненными боковыми инструментами, повышающая производительность труда и качество добываемого ценного минерала из жил коры выветривания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технологические решения по рациональному освоению маломасштабных месторождений полезных ископаемых подземным способом, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие горнорудной промышленности России.

Основные научные выводы и рекомендации, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Выполнен анализ освоения маломасштабных месторождений и выявлена высокая эффективность их разработки за счет незначительных капитальных вложений, короткого срока окупаемости и простоты технологии ведения горных работ.

2. Выявлен высокий потенциал развития горнодобывающей промышленности Восточного Забайкалья за счет вовлечения в эксплуатацию маломасштабных месторождений различных видов полезных ископаемых -около 1000 золоторудных объектов, 280 - вольфрама, 370 - олова, 570 -молибдена, 750-флюорита, а также многочисленных месторождений редких и благородных металлов, полиметаллов, железа, угля и строительных горных пород.

3. Предложена схема формирования стратегии освоения маломасштабных месторождений, позволяющая использовать менее дорогостоящие способы и инструменты для оценки конкурентных позиций продукции и завоевания своего места на рынке минерального сырья.

4. Доказано, что экономическую оценку эффективности освоения группы жильных месторождений следует проводить с учетом пространственного расположения их между собой и относительно действующей центральной обогатительной фабрики по динамическому критерию - максимуму ЧДД. Выбор рациональных размеров шахтных полей в условиях территориальной разобщенности отдельных рудных тел и прилегающих месторождений целесообразно определять методом вариантов. При этом в каждом варианте поочередно вводят в расчеты исходные данные по дополнительно включаемым в разработку запасам периферийных рудных тел или соседних месторождений. ЧДД рассчитывают с учетом вероятностных характеристик исходной информации по запасам руды и среднего содержания полезного компонента.

5. Разработана методика определения границы перехода с открытых горных работ на подземные по критерию максимума совокупного ЧДД от открытого и подземного способов разработки месторождений, которая в наибольшей степени соответствует современным стандартам рыночной экономики.

6. Предложены перспективные схемы вскрытия маломасштабных месторождений в гористой и равнинной местности. Разработана методика выбора рационального варианта вскрытия с учетом природно-климатических и горно-геологических условий, горнотехнических и технологических факторов по критерию минимума дисконтированных затрат, учитывающая амортизационные отчисления на специализированные фонды, основные производственные фонды и транспортные средства.

7. Разработана технология выпуска из очистных блоков замагазинированной глинистой руды с применением системы орошения и доведения глины до состояния текучести, позволяющая увеличить производительность труда в 1,6 раза и в 1,5 раза сократить потери руды. Установлены математические зависимости потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, для перевода глины в текучее состояние. Получены формулы для расчета времени орошения глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе и вероятностная модель определения угла наклона растекания воды в рудном массиве и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава руды. Разработана методика расчета параметров оросительной системы.

8. Разработана технология выемки жил с изменчивой мощностью, основанная на переходе в местах пережима жилы от системы с магазинированием руды к системе с раздельной выемкой руды и породы и обратно - при восстановлении первоначальной мощности жилы, что повышает полноту и качество извлекаемой руды. Разработанные методики позволяют определить рациональные области их применения.

9. Для разработки жил ценного минерала в приконтурной зоне естественных подземных полостей предложена технология выемки жил путем заполнения полости отбитой рудой из верхнего подэтажа с последующей нисходящей выемкой запасов нижнего подэтажа. Внедрение технологии в производство позволило сократить потери руды в 5-6 раз, снизить разубоживание руды на 25-30% и сохранить кондиционные качества минерала.

10. Для разработки сульфидных окисленных руд предложена технология выпиливания жил бесконечной тяговой цепью с жестко закрепленными центральными режущими инструментами и подпружиненными боковыми резцами, позволяющая существенно повысить полноту и качество добываемого ценного минерала.

11. Результаты выполненных исследований по 20 жильным месторождениям в виде разработанных технологий, научно-методических положений, экономико-математических моделей, программ расчета на компьютерах использованы в технико-экономических обоснованиях и технических проектах ОАО «Ксеньевский прииск», ООО «Калангуйский плавшпат», ЗабНТГео, Промышленной компании «Кварц», ООО «Светоч», ЗАО «Восток» и др., а также при подготовке горных инженеров по специальности 130404 и экономистов - менеджеров по специальности 080502 в Читинском государственном университете. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований в современных ценах составил 49195 тыс. рублей.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Глотов, Валерий Васильевич, Москва

1. Arthur С., Jordan D., Poole С., Davey R. Prfitable Small -scale mining by use of mobile proces equipment. Miner. Proces. And Exstr. Met. Pap.Int. Conf., Kunming, 27 Oct., 3 Nov., 1984. London, 1984, p. 195-204.

2. Australian subsidary for Noranda 271 // Horth.Mines 1985, - Vol. 71. - p. 1-6.

3. Comer exter, 1984, 34, №9, p. 844-848.

4. Dellinger D.A., Johnson F.L. John muir Wilderness, California // Geol. Surv. Profess. Pap. 1984, №1300 /1. - p. 266-269.

5. Heap leaching reviews Montana gold district. Inf. Circ. Bur. Mines US Der. Inter., 1986, № 9059.

6. Hollaway J. The small -scale Mining sector in Africa; restructuring for profitability Natur. Resour. Forum., 1986, Vol. 10, №3, p. 293-297.

7. Japan's new gold mine // Austral Mining. 1986. - Vol.78, № 7, - p. 15 -17

8. Journal of the South Afican Institute of Mining and Meallurgy, 1965, May, Vol. 65, №10, p.523-550.

9. Metall bulletine, 23 May, 1986.

10. Mexicos Bergbau Setit auf edelmetalle // Nachr. Aussen hand. - 1984. -Vol. 47, №39.-p. 1-3.

11. Noetsaller R. Small -scale Mining // World Bank Technical Paper, №75, Industry and Finance Series. Washington. 1987. Vol. 23.P.74.

12. Pezende R.M. Panorama da mineracao Brasileira // Mineios, 1986. - Vol. 10, №112.-p. 68-71.

13. Ray S.C. A Decision model for Working small deposits. Proc. Indian Nat. Sci. Acad., 1984, - Vol. 50, № 5, p. 405-409.

14. Read J.J., Meinept L.D. Gold-bearing quartz vein mineralization at the big Hurran mine, Seward Peninsula, Alaska // Econ. Geol/ 1986. - Vol. 81 №7, -p. 1760-1774.15,16.19.