Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом"

ТОМИЛИНА НУРИЯ ГУМАРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГОРНОЙ МАССЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ КАРЬЕРНЫХ ПОДЪЕМНИКОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

Специальности:

25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)» 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования горнотехнических

систем» /

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005558869

Магнитогорск - 2014

005558869

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Гавришев Сергей Евгеньевич

кандидат технических наук Бурмистров Константин Владимирович

Официальные оппоненты: Лель Юрий Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «УГГУ», г. Екатеринбург, кафедра «Разработка месторождений открытым способом», заведующий кафедрой

Гибадуллин Закария Равгатович

кандидат технических наук, ОАО «Учалинский ГОК», респ. Башкортостан, г. Учалы, генеральный директор

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ), г. Красноярск

Защита диссертации состоится «24» декабря 2014 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (ФГБОУ ВПО «МГТУ») по адресу: 455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» и на сайте http://www.magtu.ru.

Автореферат разослан «06» ноября 2014 г. Ученый секретарь Х.

диссертационного совета Корнилов Сергей Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуальность работы. Доработка запасов глубоких горизонтов карьера и последующая подземная разработка законтурных запасов связана с капиталоемким и трудоемким процессом строительства транспортных коммуникаций для обеспечения связи рабочих горизонтов с поверхностью. Целесообразность и экономическая эффективность комбинированной разработки месторождения во многом будет зависеть от принятой технологической схемы транспортирования горной массы, которая определяет схему вскрытия при открытом и подземном способах разработки месторождения.

При разработке месторождений за контурами карьеров остается до 50% запасов полезных ископаемых. Затраты на вскрытие законтурных запасов с поверхности на 20-25% превышают затраты на вскрытие из карьерного пространства. Срок строительства подземного рудника с поверхности в 1,5-2 раза превышает срок строительства рудника из карьерного пространства. Однако стоимость транспортирования руды по технологическим схемам с применением шахтных подъемников ниже на 30-40% стоимости транспортирования по технологическим схемам с применением карьерных автосамосвалов.

Существующие исследования доказывают целесообразность использования подъемников в карьерах, применение которых позволяет минимизировать затраты на транспортирование горной массы при доработке месторождения открытым способом и в дальнейшем транспортировать руду при подземной разработке. Однако область применения и структура технологических схем транспортирования горной массы с использованием карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом недостаточно исследованы.

Таким образом, обоснование технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы. Повышение эффективности разработки месторождений открыто-подземным способом за счет применения технологических схем транспортирования горной массы с использованием карьерных подъемников.

Идея работы. Использование сочетаний карьерного и подземного транспорта с карьерным подъемником при формировании технологических схем транспортирования горной массы с учетом производственной мощности рудника, глубины расположения перегрузочного пункта в карьере и удаленности запасов от контуров карьера.

Объект исследований - технология транспортирования горной массы при открыто-подземном способе разработки месторождений.

Предмет исследований - состав и параметры технологических схем транспортирования горной массы при разработке месторождений открыто-подземным способом.

Основными задачами исследования являются: 1. Анализ технологических схем транспортирования горной массы с глубоких горизонтов карьеров и законтурных запасов руды при разработке месторождений открыто-подземным способом.

2. Исследование факторов, влияющих на применение карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом.

3. Разработка классификации технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников.

4. Разработка методики выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы с использованием карьерных подъемников при разработке месторождения открыто-подземным способом.

5. Разработка рекомендаций по применению технологических схем транспортирования и их технико-экономическая оценка.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Повышение эффективности доработки глубоких карьеров и разработки законтурных запасов месторождения подземным способом достигается выбором технологической схемы транспортирования горной массы в соответствии с разработанной классификацией, учитывающей схему вскрытия горизонтов карьера и тип подъемника.

2. Применение технологических схем транспортирования руды с использованием карьерных подъемников целесообразно при залегании рудного тела ниже дна карьера на глубине до 750 м или удалении от борта карьера на расстояние до 3,5 км и производственной мощности рудника до 3 млн т/год.

3. При подземной разработке законтурных запасов применение подземных автосамосвалов в сочетании с карьерным подъемником по сравнению с применением вертикального скипового подъемника с электровозной откаткой позволяет снизить стоимостные показатели транспортирования руды до 20%.

Научная новизна:

1. Классификация технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при отработке запасов открыто-подземным способом, учитывающая схему вскрытия горизонтов карьера, удаленность законтурных запасов, глубину расположения перегрузочного пункта в карьере и производственную мощность рудника.

2. Зависимости стоимостных показателей технологических схем транспортирования руды от глубины расположения перегрузочного пункта в карьере, производственной мощности рудника и расположения законтурных запасов относительно дна карьера.

3. Методика выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом, позволяющая рассчитать-затраты на вскрытие законтурных запасов и транспортирование руды подземного рудника с учетом типа карьерного подъемника, производственной мощности рудника и глубины расположения перегрузочного пункта в карьере.

Личный вклад автора состоит в разработке классификации технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при отработке запасов открыто-подземным способом; установлении зависимостей стоимостных показателей технологических схем транспортирования руды от глубины расположения перегрузочного пункта в карьере, производственной мощности рудника и расположения законтурных запасов относительно дна карьера; разработке методики выбора рациональной

технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложенные технологические схемы транспортирования горной массы с глубоких горизонтов карьера и руды подземного рудника на поверхность позволяют использовать существующее карьерное транспортное оборудование и минимизировать транспортные расходы; обоснованы параметры технологических схем и установлена область их применения при разработке месторождений открыто-подземным способом.

Достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; корректностью постановки задач исследований; положительными результатами использования рекомендаций в промышленных условиях.

Методы исследований. В работе реализован комплекс методов исследований, включающий анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта разработки глубоких горизонтов карьера и законтурных запасов, экономико-математическое моделирование технологических схем транспортирования руды при разработке законтурных запасов, статистическую обработку результатов расчетов, технико-экономическое обоснование предлагаемых решений.

Реализация результатов работы. Результаты исследований рекомендованы к использованию при разработке месторождения «Малый Куйбас» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» открыто-подземным способом.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: XVII международной научно-технической конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2013 г.); VII всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, 2013 г.); XII национальной конференции с международным участием по открытой и подводной добыче полезных ископаемых (г. Варна, респ. Болгария, 2013 г.); VI международной научно-практической конференции «Проблемы и пути инновационного развития горнодобывающей промышленности» (г. Алматы, респ. Казахстан, 2013 г.); международной научно-практической конференции «Стратегия развития горно-металлургического комплекса Казахстана» (г. Алматы, респ. Казахстан, 2013 г.); 70, 71 научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «МГТУ» (г. Магнитогорск, 2012-2013 гг.); научно-технических семинарах Института горного дела и транспорта ФГБОУ ВПО «МГТУ».

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 работах, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 107 наименований и содержит 147 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 36 таблиц.

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

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ опыта применения способов транспортирования горной массы с глубоких горизонтов карьеров и законтурных запасов при открыто-подземной разработке месторождений.

В настоящее время в результате интенсивной разработки крутопадающих месторождений большинство горнодобывающих предприятий перешло к освоению запасов открыто-подземным способом. Транспортирование горной массы с глубоких горизонтов требует применения энергоэффективных и ресурсосберегающих технологических схем. Анализ литературных источников и практики транспортирования горной массы карьеров и руды подземных рудников показывает, что данные схемы могут реализовываться при применении крутонаклонных подъемников.

При погашении открытых горных работ за контурами карьеров остается значительная часть запасов полезных ископаемых, целесообразность разработки которых во многом определяется технологической схемой их транспортирования. Затраты на вскрытие законтурных запасов по различным схемам отличаются на 20% и более, срок строительства вскрывающих выработок различается в 1,5-2 раза (рисунок 1).

ч н

е

и •

Й и а э

о

и

К

ё

о.

«

22

а е

Р" И „,

Р"

а

СП

12 12 12 Рисунок 1 - Показатели технологических схем транспортирования руды законтурных запасов: 1 — шахтным скиповым подъемником при вскрытии вертикальными стволами с поверхности; 2 - подземными и карьерными автосамосвалами при вскрытии наклонным съездом из карьерного

пространства

Вопросам вскрытия месторождений и транспортирования горной массы при открытом и комбинированном способах разработки посвящены работы академиков АН СССР и РАН Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, чл.-кор. Д.Р. Каплунова, профессоров В.Л. Яковлева, А.И. Арсентьева, Д.М. Бронникова, М.И. Агошкова, М.В. Васильева, П.Э. Зуркова, В.Н. Калмыкова, С.Е. Гавришева, М.В. Рыльниковой, О.В. Славиковского, А.О. Спиваковского, Е.Ф. Шешко, Ю.В. Демидова, В.В. Куликова, В.Д. Титова и других ученых. В этих работах изложены основные способы и схемы вскрытия горизонтов глубоких карьеров при комбинированном транспорте, подземного рудника с использованием карьерного пространства, предложены классификации способов вскрытия. Особое внимание уделено разработке комплексных схем вскрытия с выдачей горной массы из карьера и шахты по общим транспортным выработкам. Указано, что использование пространства глубоких карьеров

для целей вскрытия и выдачи руды ограничивается периодом совмещения открытых и подземных работ или временем строительства подземных рудников. В работах рассмотрена возможность использования карьерных подъемников для транспортирования руды подземного рудника, но недостаточно исследована область применения и структура технологических схем с использованием карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом.

В связи с этим необходимо исследовать факторы, влияющие на применение карьерных подъемников при открыто-подземном способе разработки месторождения и установить область эффективного применения технологических схем.

Во второй главе обоснованы факторы, влияющие на применение подъемников при открыто-подземном способе разработки месторождения, разработана классификация технологических схем транспортирования горной массы с применением подъемников при открыто-подземном способе разработки месторождений, определены условия применения технологических схем, исследованы способы повышения эффективности применения подъемников на различных этапах существования горного предприятия.

При ведении открытых и подземных горных работ на возможность применения подъемников оказывают влияние следующие основные факторы: горнотехнические - способ вскрытия месторождения, система разработки, расстояние транспортирования, срок доработки карьера или выемочного участка, величина грузопотока, форма трассы, горно-геологические - параметры залежи, устойчивость пород, слагающих борт карьера, устойчивость боковых пород и почвы, физико-механические свойства перемещаемой породы. Целесообразность применения подъемников определяется экономическими факторами - себестоимость перевозки горной массы, капитальные затраты на строительство подъемника, фактор времени и др. При переходе на комбинированный способ разработки месторождения возникает дополнительный ряд факторов, который необходимо учитывать при проектировании подъемника. К ним относятся: соотношение производственных мощностей открытого и подземного рудников, расположение законтурных запасов относительно контура карьера, возможность оставления целиков, схема размещения поверхностных сооружений открытого и подземного рудников, наличие горизонтальных площадок в карьере для создания перегрузочных пунктов.

Соотношение производственных мощностей открытого и подземного рудников, наличие горизонтальных площадок в карьере для создания перегрузочных пунктов оказывают влияние на выбор способа повышения эффективности применения карьерного подъемника. Расположение законтурных запасов относительно контура карьера необходимо учитывать при выборе месторасположения проектируемого подъемника для обеспечения возможности его использования при подземных горных работах. Возможность оставления целиков и схема размещения поверхностных сооружений открытого и подземного рудников влияют на выбор схемы вскрытия законтурных запасов и срок эксплуатации карьерного подъемника.

В результате анализа существующих технологических схем транспортирования горной массы с глубоких горизонтов карьера с учетом тенденций эксплуатации карьерных подъемников сконструированы четыре базовые транспортные схемы, применимые для открыто-подземных работ. Данные схемы разделены на 2 класса в зависимости от схемы вскрытия горизонтов карьера, а классы - на группы по типу карьерного подъемника (таблица 1). На возможность дальнейшего применения данных технологических схем для транспортирования руды подземного рудника оказывают влияние рассмотренные выше факторы.

В ходе исследований установлено, что транспортная схема с применением конвейерного подъемника имеет наименьшие капитальные вложения и эксплуатационные расходы по сравнению с применением скиповых подъемников и конвейерных подъемников, расположенных в подземных выработках. Поэтому при транспортировании горной массы с глубоких горизонтов карьера автосамосвалами в благоприятных горно-геологических и горнотехнических условиях целесообразно автотранспорт использовать в качестве сборочного, а подъем осуществлять крутонаклонным конвейерным подъемником, установленным на существующем борту карьера.

Принятый тип подъемника должен обеспечивать грузопоток по горной массе необходимого объема. Для определения области эффективного применения подъемников проведены исследования по выявлению зависимости их производительности от высоты подъема горной массы. Исследовались наклонные скиповые подъемники, расположенные на борту карьера грузоподъемностью скипа от 27 до 200 т и скоростью движения скипов от 4 до 10 м/с, вертикальные - в стволах грузоподъемностью скипа от 25 до 50 т и скоростью движения скипов от 4 до 14 м/с, ленточный и крутонаклонные конвейеры с прижимной и шевронной лентой, а также вертикальные конвейерные системы РОСКЕШП" в вертикальных стволах с шириной ленты от 1 до 2 м и скоростью движения ленты от 1 до 4 м/с. Таким образом, была установлена область возможного применения различных подъемников по производительности и высоте подъема горной массы {рисунок 2).

Для оценки области применения подъемников на графике показана производственная мощность ряда горнодобывающих предприятий на различных этапах их существования (Костомукшский, Оленегорский, Ковдорский, Лебединский, Михайловский, Стойленский, Качканарский и Коршуновский ГОКи). Режим работы подъемников зависит от этапа существования горного предприятия. На этапе эксплуатации карьера подъемник используется на 90-100% от его проектной производительности. Эффективность использования подъемников на этапе доработки карьера и при подземных горных работах снижается вследствие уменьшения транспортируемого объема горной массы. На этапе доработки карьера подъемник используется на 40-60% от его проектной производительности и до 30% - в период подземной разработки законтурных запасов, так как производственная мощность шахты по руде значительно ниже производительности карьера по горной массе.

Таблица 1 - Классификация технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом_

Технологическая схема комбинированного транспорта

и л

и о

Схема

рудная

Особенности технологической схемы

Условия применения при разработке запасов, расположенных

выше уровня дна карьера

ниже уровня она карьера

йЛ

ю^м

1- ккп;

2- приемный бункер (дробильно-перегрузочный пункт);

3 - портал наклонного съезда, пройденного с борта (со дна) карьера;

4 - наклонный съезд

И

ККП располагается под углом откоса борта карьера и сочетает наклонные участки конвейерной трассы с пологими без перегрузочных устройств.

Условные обозначения ОГР- открытые горные работы; ПГР-подземные горные работы; КА - карьерный автосамосвал; ПА - подземный автосамосвал, ПБ - приемный бункер; ККП - крутонаклонный конвейерный подъемник; ДПП - дробильно -перегрузочный пункт. Ьшт - протяженность штольни, км;Нш - глубина подъема аз шахты, м; Нпп - глубина расположения перегрузочного пункта в карьере, м

При Ьшт= 1:

Нпп=200,

0р=2,5.

Нпп=300,

0р= 2,8;

Нпп=400,

<3р=3.

ПриЬшт=2:

Нпп-300,

Ор=-2,6;

Нпп=400,

0р=3.

При Ьшт= 3,5

Нпп=400,

0р=3

При Нш= 600:

Нпп=200,

С2р=2.

Нпп=300,

Ор=2,6;

Нпп=400,

Ор-з.

При Нш=700:

Нпп=300,

Ор=2,5;

Нпп=400,

Ор=2,9.

При Нш= 750:

Нпп=400,

Ор=2,8

О

1 - пб (дпп); 2- скип;

3 - портал наклонного съезда;

4 - наклонный съезд

зё

и

НС позволяет выдавать одновременно два видг горной массы. Приемный бункер на поверхности имеет два отделения; для руды и породы. Процесс дробления крупных кусков породы в карьере исключается.

Ор - производственная мощность рудника, млн т/год; Ж.д. - железнодорожный транспорт; О - отвал; НС - наклонный скиповой подъемник; ВС - вертикальный скиповой подъемник; Р - рудоспуск; П -породоспуск; ПК - ленточный конвейер, расположенный в подземной выработке

При Ьшт= 1:

Нпп=200,

0р=1,8.

Нпп=300,

<2р=2,4;

Нш1=400,

<5р=3.

При Ьшт=2: Нпп=300, 0р= 2,8; Нпп=400,

Ор=з.

При Ьшт- 3;

Нпп=400,

С}р=3

При Нш= 600

Нпп=200,

ор<7.

Нпп=300,

Ор=2;

Нпп=400,

<2р=2,8.

При Нш=700:

Нпп=300,

ор=2;

Нпп=400,

Ор=2,4.

При Нш= 750

Нпп=400,

<2р=2,7

Технологическая схема комбинированного транспорта

Продолжение таблицы 1

5 С

у я

Схема

рудная

ц

о а

Особенности технологической схемы

Условия применения при разработке запасов, расположенных

выше уровня дна карьера

ниже уровня дна карьера

к

<

Е

о

щ К

О и К

11.1

С£ О С

а.

ЬЙ о

о <

< 3

н ж о

1 -дробильно-

перегрузочный пункт полезного ископаемого;

2 -дробильно-

перегрузочный пункт вскрышных пород;

3 - конвейер, расположенный в подземной выработке;

4 - портал наклонного съезда;

5 - наклонный съезд

< Й * с

Схема применяется в случаях: неустойчивых бортов карьера, склонных к оползанию; необходимости разрабатывать одновременно все борта карьера; отсутствия удобного места для размещения поверхностного подъемника, т.е. по планировочным соображениям; опасения повреждений при массовых взрывах и т.п.

ОФ - обогатительная фабрика; РСК - сборочный конвейер для транспортирования руды в подземной выработке;

ВС К - сборочный конвейер для транспортирования вскрышных пород в подземной выработке

При Ьшт= 1: Нпп=200, Ор=2,5. Нпп=300, <}р=2,8; Нпп=400,

<Зр=з.

При Ьшт=2: Нпп=300, <2р= 2,6; Нпп=400,

<Зр=з.

При Ьшт= 3,2:

Нпп=400,

Ор=з

При Нш= 600: Нпп=200,

<3р=2.

Нпп=300,

Ор=2,5;

Нпп=400,

Ор-З-

При Н ш=700:

Нпп=300,

()р=2,5;

Нпп=400,

<зр=2,9.

При Нш= 750: Нпп=400, <3р=2,8

II.2.

ш

а«

1

1 - вертикальный скиповой подъемник;

2 - вскрышной и рудный сборочные конвейеры, расположенные в штольне;

3 - рудоспуск; 4 - породоспуск;

5 - портал наклонного съезда;

6 - наклонный съезд_

I

0 ш

1

о . в <

• ё. ? ?

к <

Для сокращения расстояния транспортирования горной массы к ВС верхняя часть средней зоны высотой 50-200 м отрабатывается существующим видом транспорта, напр., авто- жд. Расстояние транспортирования автосамосвалами не должно превышать 1,2 км. Схема позволяет строить и углублять вертикальные стволы независимо от ведения горных работ в карьере, удобна для перехода в перспективе на подземемную разработку месторождения, создает возможность устройства подземного бункера достаточной вместимости, что позволяет увязывать работу скипового подъема с внутрикарьерным транспортом. Возможно применение вертикальной конвейерной системы РОСКЕШРТ в шахтном стволе

При Ьшт= 1:

Нпп=200,

Ор=2,5.

Нпп=300,

<}р=2,8;

Нпп=400,

0р=3.

При Ьшт=2: Нпп=300, С3р=2,6; Нпп=400,

<5р=з.

При Ьшт= 2,2: Нпп=400, ЙЕЗ_

При Нш= 600:

Нпп=200,

Ор=2,2.

Нпп=300,

(Зр=2,7;

Нпп=400,

Ор=3.

При Нш=700: Нпп=300, Ор=2,8; Нпп=400,

Ор=з.

При Нш= 750:

Нпп=400,

Ор=2,9

gi:o-

Пропзводсге ¡иная мощность карьера по горной массе на этапе эксплуатации _

Я

Производств! нная шщность карьера по р>де на этапе экспчуатацнн

100 :00 300 400 500 600

Глубина расположения перегрузочного пункта в карьере, м Рисунок 2 - Зависимость производительности подъемников от высоты подъема горной массы

В условиях снижающейся производственной мощности предприятия по затратам на электроэнергию подъемник становится неконкурентоспособным по сравнению с автотранспортом, так как технические характеристики подъемника (ширина и скорость движения конвейерной ленты, вместимость и скорость движения скипов, мощность электродвигателей подъемника) соответствуют производительности карьера по горной массе этапа эксплуатации.

В работе проведено изыскание способов повышения эффективности применения карьерных подъемников на различных этапах существования горного предприятия. На этапе доработки карьера повышение эффективности применения карьерного подъемника достигается любым из способов, перечисленных на рисунке 3,а. В период подземной разработки законтурных запасов (рисунок 3,6) при наличии в карьере площадки для размещения рудного склада целесообразно сокращение времени использования подъемника.

~ б

я

х CL

ñ а

2

¡5

* Р

í lio

н*

5 fe ¡

со

Л

У

У\

А

Рисунок 3 - Затраты на электроэнергию: а - на этапе доработки карьера; б - в период разработки законтурных запасов подземным способом; 1 - на этапе

эксплуатации карьера; 2 - при снижении скорости движения конвейерной ленты (скипов); 3- при сокращении времени использования подъемника; 4 -при замене электродвигателей подъемника 11

В случае отсутствия данной площадки при электроприводе с регулируемой скоростью движения конвейерной ленты целесообразно снижение скорости движения ленты. При электроприводе с нерегулируемой скоростью движения конвейерной ленты целесообразна замена электродвигателей в соответствии с производственной мощностью шахты.

В третьей главе установлена область эффективного применения технологических схем транспортирования горной массы карьерным подъемником при разработке месторождения открыто-подземным способом, предложена методика и разработан алгоритм выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом.

Методика выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке запасов открыто-подземным способом основана на расчете затрат на вскрытие законтурных запасов и транспортирование руды подземного рудника с учетом типа карьерного подъемника и производственной мощности рудника при различной глубине расположения перегрузочного пункта в карьере. Каждая технологическая схема транспортирования руды с применением карьерного подъемника при разработке законтурных запасов по классификации сопоставляется с технологической схемой транспортирования с применением вертикального скипового подъемника, расположенного в стволе, пройденном с поверхности.

Моделью исследования является крутопадающее месторождение, отрабатываемое до глубины 400 м карьером, ниже 400 м - подземным способом системами разработки с обрушением налегающих пород при вариантах расположения перегрузочного пункта в карьере на глубине 200, 300 и 400 м. Портал наклонного съезда предполагается пройденным в борту карьера. Технологическая схема транспортирования следующая: подземные автосамосвалы транспортируют руду до перегрузочного пункта, расположенного на дне карьера, откуда карьерными автосамосвалами транспортируется до приемного бункера карьерного подъемника, по которому выдается на поверхность.

Оценка эффективности технологических схем транспортирования руды выполнена для приконтурных и удаленных от контура карьера запасов, вскрытых наклонным съездом или штольней, пройденными с борта карьера. Запасы, расположенные выше уровня дна карьера, вскрываются штольней, ниже -наклонным съездом.

Эксплуатационные затраты слагаются из затрат по системе подземной разработки, на перемещение руды на поверхность и амортизации специализированных основных средств. Так как для всех сравниваемых вариантов принята одинаковая система подземной разработки месторождения, эксплуатационные затраты будут отличаться по статье затрат на перемещение руды на поверхность и амортизационным отчислениям по специализированным основным средствам (горно-капитальным выработкам). Сумма затрат на перемещение руды и амортизацию стоимости ГКВ в данной работе названа условными эксплуатационными затратами на добычу руды. Так, технологические схемы транспортирования оценены по условным эксплуатационным затратам на добычу 1 т руды. Для расчетов использовалась модель, в которой целевая

функция представляет собой разность условных эксплуатационных затрат на добычу руды:

Э = S1 - S2 шах или S2 -> min, где Sl,S1- условные эксплуатационные затраты на добычу 1 т руды при выдаче вертикальным скиповым подъемником, расположенным в стволе, пройденном с поверхности, и при выдаче карьерным подъемником в варианте вскрытия законтурных запасов наклонным съездом или штольней с борта карьера соответственно, руб./т.

Варианты перемещения руды на поверхность при расположении перегрузочного пунета на дне карьера в соответствии с классификацией следующие:

1.1 - подземный автосамосвал (ПА) в наклонном съезде —> перегрузочный пункт —» карьерный конвейерный подъемник;

1.2 - ПА в наклонном съезде -> перегрузочный пункт —► карьерный скиповой подъемник;

11.1 - ПА в наклонном съезде —> перегрузочный пункт —> конвейер в наклонном стволе;

11.2 - ПА в наклонном съезде -» ПА в штольне -> перегрузочный пункт —> скиповой подъемник в вертикальном стволе.

Сравнение перечисленных вариантов схем производится со следующими технологическими схемами:

3 - ПА в наклонном съезде —> перегрузочный пункт —> карьерный автосамосвал;

4 - ПА (ж.д. транспорт или конвейер) в квершлаге —► перегрузочный пункт —» скиповой подъемник в шахтном стволе, пройденном с поверхности;

5 - ПА (ж.д. транспорт или конвейер) в квершлаге —> перегрузочный пункт —► скиповой подъемник в существующем шахтном стволе после углубления.

Условные эксплуатационные затраты на добычу руды при технологической схеме II.2 сопоставлялись с затратами при углубке существующих шахтных стволов (схема 5).

По результатам исследований, полученных с помощью предложенной экономико-математической модели, построены зависимости условных эксплуатационных затрат на добычу 1 т руды от глубины шахты (рисунок 4, а) и протяженности штольни (рисунок 4, д). В случае расположения запасов ниже дна карьера на глубине до 750 м, транспортирование руды целесообразно по подземному наклонному съезду, пройденному из карьерного пространства, и карьерному подъемнику при производственной мощности рудника до 3 млн т/год (рисунок 4, б). При снижении производственной мощности рудника (рисунок 4, в, г, ж, з) эффективность применения транспортных схем возрастает.

При расположении запасов выше уровня дна карьера на расстоянии до 3,5 км от поверхности откоса борта карьера и производственной мощности рудника до 3 млн т/год (рисунок 4, е) транспортирование руды целесообразно по штольне, пройденной с борта карьера, и карьерному подъемнику.

ф 3

а 1

£ I I™

> I

о

230 2 200 ^170 ¡140

I110 80

"" 1.1. ■

»-1.2. ж' .

^—4

I * |

^^^ {

550 600 650 700 750 800

230

200 300 400

Гпубина перегрузки в карьере, м

! -Ь: ; ю

аэ 3 т

3 § £ 220

§ р а

с Я * §

о

П

190

I

200 300 400

Глубина перегрузки в карьере, м

2 170 | ||140

д

¡II110

£ с & --

„

5 I 80

50

-•-1.2.

-1 —»-3 ■

12 3 4

Протяженность штольни, км

1 2 3 4 5 6 Производственная мощность рудника, млн. т/год

200 300 400

Глубина перегрузки в карьере, м

200 300 400

Глубина перегрузки в карьере, м

Рисунок 4 - Зависимость условных эксплуатационных затрат на добычу руды от: а - глубины шахты; б, е - производственной мощности рудника; в, ж -глубины расположения карьерного подъемника при производственной мощности рудника 3 млн т/год; г, з - то же при производственной мощности рудника 2 млн т/год; д - протяженности штольни по вариантам перемещения

на поверхность

Приведенные транспортные схемы позволяют снизить стоимостные показатели транспортирования удаленных от контуров карьера запасов до 20% по сравнению с применением скипового подъемника, расположенного в шахтном стволе, пройденном с поверхности.

В таблице 2 приводятся область применения транспортных схем с использованием карьерных автосамосвалов в соответствии с существующими исследованиями и установленная область применения транспортных схем с использованием карьерных подъемников.

Таблица 2 - Область применения технологических схем транспортирования руды с использованием подземных автосамосвалов в сочетании с карьерными автосамосвалами и подъемниками_

Параметр Существующие значения при транспортировании руды подземными автосамосвапами в сочетании с карьерными автосамосвалами (к.т.н. Ивашов Н.А.) Установленные значения при транспортировании руды подземными автосамосвалами в сочетании с карьерным подъемником

При вскрытии запасов, расположенных ниже уровня дна карьера

Предельная глубина эффективного применения технологической схемы до 600 м до 750 м

Максимальная глубина подъема по подземному наклонному съезду до 200 м до 350 м

Максимальная производственная мощность рудника до 2 млн т/год до 3 млн т/год

При вскрытии запасов, расположенных выше уровня дна карьера

Максимальная удаленность запасов от поверхности борта карьера до 2 км до 3,5 км

Максимальная производственная мощность рудника до 2 млн т/год до 3 млн т/год

Таким образом, предложенные технологические схемы транспортирования руды позволяют расширить область использования карьерного пространства и подъемников при разработке законтурных запасов подземным способом.

На основе обобщения выполненных исследований предложен алгоритм выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом (рисунок 5). В основу алгоритма положена идея использования существующего карьерного транспортного оборудования для выдачи руды подземного рудника на поверхность. Алгоритм предусматривает последовательность действий при выборе транспортной схемы в зависимости от схемы вскрытия горизонтов карьера и способа повышения эффективности применения карьерного подъемника при разработке законтурных запасов подземным способом.

Ввод исходных данных:

1) расположение запасов относительно контуров карьера; 4) наличие подъемника в карьере;

2) производственная мощность шахты Ош; 5) наличие площадки на нерабочем борту карьера

3) схема вскрытия горизонтов карьера;_ для рудного складу_

Проектирование на борту карьера крутонаклонного конвейерного подъемника при благоприятных горно-геологических и горнотехнических условиях

нет

Запасы

вскрываются

наклонным съездом.

пройденным с борта

карьера

Горизонты карьера вскрыты вертикальными скиповыми стволами и квершлагами

Расчет величин:

1. Коэф. использования конвейерного подъемника Кисп=0ш/<3под.

2. Стоимость энергозатрат Э=ГГЫ1.Кисп)

Расчет стоимости подъема руды карьерным подъемником 5под.

Расчет величин:

1. Коэффициент использования скипового подъемника Кисп=<5ш/0под.

2. Стоимость энергозатрат

Кисп).

3. Стоимость подъема руды скиповым подъемником Бпод.

Снижение скорости движения конвейерной ленты и расчет стоимости энергозатрат_

Расчет величин:

1. Мощность привода конвейерного подъемника N2=^(0111)

2. Стоимость энергозатрат Э=^*(№)

1. Стоимость подъема руды карьере вги^Нш^щ).

2. Стоимость подъема руды

3. Стоимость подъема руды

Расчет величин:

подземными автосамосвалами по наклонному съезду (штольне) до перегрузочного пункта в по варианту 52=5п*+5под.

при вскрытии шахтным стволом с поверхности или углублении существующих стволов

да

'Траспортирование руды осуществляется подземными автосамосвалами по наклонному съезду (штольне), пройденному с борта карьера, до перегрузочного пункта,

далее по карьерному подъемнику руда вьсдается на _поверхность_

Транспортирование руды осуществляется скиповым подъемником или вертикальной конвейерной системой РОСКЕТЫРТ, расположенных в вертикальных шахтных стволах, пройденных с поверхности или в углубленных существующих стволах

Рисунок 5 - Алгоритм выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-

подземным способом

В четвертой главе проведена сравнительная оценка эффективности применения технологической схемы транспортирования горной массы с использованием карьерного подъемника при открыто-подземном способе доработки месторождения железных руд «Малый Куйбас».

Расчетный экономический эффект от внедрения циклично-поточной технологии транспортирования горной массы при доработке карьера месторождения «Малый Куйбас» (рисунок 6) составит 50 млн руб. в год при сроке окупаемости капитальных вложений 3 года.

При разработке законтурных запасов расчетный экономический эффект составит 200 млн руб. в год при сроке окупаемости капитальных вложений 8 лет.

Рисунок 6 - Расположение конвейерного подъемника на борту карьера месторождения «Малый Куйбас»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, представлено решение актуальной научно-практической задачи по повышению эффективности разработки месторождений открыто-подземным способом путем снижения стоимостных показателей транспортирования руды за смет использования технологических схем с применением карьерных подъемников.

Основные научные и практические результаты состоят в следующем: 1. Установлено, что карьерное пространство широко используется для выдачи руды законтурных запасов на поверхность, разрабатываемых подземным способом, так как это позволяет на 20-25% снизить затраты на вскрытие и сократить срок строительства подземного рудника на 50-60%. Однако затраты на выдачу руды автосамосвалами через карьер выше на 30-40% затрат на выдачу скиповым подъемником, расположенным в шахтном стволе, пройденном с поверхности. Поэтому в работе были исследованы технологические схемы транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при открыто-подземном способе разработки месторождения.

2. Установлено, что при открыто-подземном способе разработки месторождения наряду с основными горнотехническими, горно-геологическими и экономическими факторами, влияющими на применение подъемников, необходимо учитывать дополнительно ряд факторов, характерный для комбинированной разработки месторождения: соотношение производственных мощностей открытого и подземного рудников; расположение запасов относительно контуров карьера; возможность оставления целиков; схема размещения поверхностных сооружений открытого и подземного рудников; наличие горизонтальных площадок в карьере для создания рудного склада.

3. Разработана классификация технологических схем транспортирования горной массы, в которой в качестве основного классификационного признака принята схема вскрытия горизонтов карьера, в качестве дополнительного - тип подъемника, что позволяет при формировании технологических схем выбрать предпочтительный вариант для конкретных горнотехнических условий.

4. Установлено, что применение карьерного подъемника на этапе доработки карьера и в период подземной разработки законтурных запасов обусловлено высокими затратами на электроэнергию, так как технические характеристики подъемников соответствуют сравнительно большой производственной мощности карьера по горной массе. Повышение эффективности применения карьерных подъемников достигается за счет ресурсосберегающих мероприятий: 1) сокращением времени использования подъемников при наличии площадки в карьере для размещения рудного склада; 2) снижением скорости движения конвейерной ленты (скипов) в случае отсутствия свободной площадки; 3) заменой электродвигателей подъемников в соответствии с производственной мощностью предприятия.

5. Разработана методика выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом, заключающаяся в расчете затрат на вскрытие законтурных запасов и транспортирование руды подземного рудника с учетом типа карьерного подъемника и производственной мощности рудника при различной глубине расположения перегрузочного пункта в карьере.

6. Разработан алгоритм выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом, учитывающий схему вскрытия горизонтов карьера и способ повышения эффективности применения карьерного подъемника.

7. Расширена область применения технологических схем транспортирования руды через карьерное пространство удаленных от контуров карьера запасов: расположенных в борту карьера - с 2 до 3,5 км; расположенных ниже уровня дна карьера - с 600 до 750 м.

8. Внедрение циклично-поточной технологии транспортирования горной массы при доработке карьера месторождения «Малый Куйбас» позволяет получить дополнительный экономический эффект в размере 50 млн руб. в год при сроке окупаемости капитальных вложений 3 года.

9. Разработка законтурных запасов месторождения «Малый Куйбас» с транспортированием руды по карьерному конвейерному подъемнику с учетом

мероприятий по снижению энергозатрат позволяет получить расчетный экономический эффект в размере 200 млн руб. в год при сроке окупаемости капи-тальньх вложений 8 лет. Перенос перегрузочного пункта на дно карьера с удлиншием конвейерного подъемника после завершения открытых горных работ позволит снизить затраты на подъем руды и повысить эффективность разрабэтки законтурных запасов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

В изданиях, включенных в перечень ВАК России

1. Томилина, Н.Г. Обоснование целесообразности применения крутонаклонных подъемников в карьере при комбинированном способе разработки месторождения [Текст] / С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, В.А. Кидяев, Н.Г. Томилина // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - №6. -С. 165-172.

2. Томилина, Н.Г. Обоснование факторов, обусловливающих применение крутонаклонных подъемников при комбинированном способе разработки месторождений [Текст] / С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, Н.Г. Томилина // Вестниг Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. -2012. - №4. - С. 5-10.

3. Томилина, Н.Г. Обоснование технологической схемы вскрытия глубоких горизонтов карьеров с применением крутонаклонных подъемников при комбинированном способе разработки месторождения [Текст] / С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, Н.Г. Томилина // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2013. - №4. - С. Ю8-115.

4. Томилина, Н.Г. Обоснование рациональных вариантов перехода с открытого на подземный способ разработки месторождения «Малый Куйбас» [Текст] / В.Н. Калмыков, С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, A.A. Гоготин, О.В. Петрова, Н.Г. Томилина // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2013.-№4.-С. 132-139.

5. Томилина, Н.Г. Классификация технологических схем вскрытия глубоких гориюнтов с применением крутонаклонных подъемников при комбинированном способе разработки месторождений [Текст] / С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров Н.Г. Томилина// Изв. вузов. Горный журнал. -2013. - №7. - С. 9-15.

6. Гомилина, Н.Г. Оценка эффективности схем вскрытия законтурных запасов с применением карьерных подъемников [Текст] / С.Е. Гавришев, В.Н. Калмыксв, К.В. Бурмистров, Н.Г. Томилина, В.Ю. Заляднов И Вестник Магнитогорск. го;, техн. ун-та им. Г.И. Носова. -2014. -№1. - С. 7-12.

В научных сборниках и материалах конференций

7. Гомилина, Н.Г. Методика выбора схемы вскрытия карьера на этапе доработси при комбинированной разработке месторождений [Текст] / С.Е. Гавришев, K.É5. Бурмистров, В.А. Кидяев, Н.Г. Томилина // Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых: сб. науч. трудов. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - С. 3-8.

8. Томилина, Н.Г. Выбор технологической схемы вскрытия глубоких горизонте» карьеров при комбинированном способе разработки на примере месторождения железных руд Малый Куйбас [Текст] / С.Е. Гавришев, В.Н. Калмыков, A.A. Гоготин, О.В. Петрова, К.В. Бурмистров, Н.Г. Томилина // Сборник

тезисов по материалам международной научно-технической конференции «Комбинированная геотехнология: масштабы добычи и качество сырья при комплексном освоении месторождений». - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. - С. 12-13.

9. Tomilina, N.G. Design of technological schemes for deep benches stripping in pits at combined opencast and underground mining [Текст] / S.E. Gavrishev, К. V. Burmistrov, N.G. Tomilina // Proceedings of the Xll-th national conférence with international participation of the open and underwater mining of minerais. - Varna, Bulgaria, 2013. - C. 37-42.

10. Томилина, H.Г. Применение ресурсосберегающих технологических схем транспортирования горной массы на заключительных этапах открытых горных работ [Текст] / С.Е. Гавришев, КВ. Бурмистров, Н. Г. Томилина, В.А. Кидяев // Современные проблемы транспортного комплекса России. 2013. -№3.-С. 168-179.

11. Томилина, Н.Г. Обоснование схемы вскрытия карьера на заключительных этапах открытых горных работ для повышения эффективности комбинированной разработки месторождений [Текст] / С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, Н. Г. Томилина, В.А. Кидяев // Проблемы и пути инновационного развития горнодобывающей промышленности: материалы VI международной науч-но-пракгической конференции. - Алматы, 2013. - С. 261-265.

12. Томилина, Н.Г. Оценка эффективности применения крутонаклонных подъемников для транспортирования горной массы при комбинированном способе разработки месторождений [Текст] / С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, Н. Г. Томилина, А.В. Генкель //Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 71 межрегиональной научно-технической конференции. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. - Т.1. - С. 71 -75.

13. Томилина, Н.Г. Повышение эффективности применения карьерных подъемников при открыто-подземной разработке месторождения [Текст] / Н.Г. Томилина // Машиностроение. Электронный сетевой научный журнал. - 2013. -С. 53-57.

14. Томилина, Н.Г. Выбор схемы вскрытия глубоких горизонтов карьеров на этапе перехода от открытого к подземному способу доработки месторождений [Текст] / С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, Н.Г. Томилина // Труды международной научно-практической конференции «Стратегия развития горнометаллургического комплекса Казахстана». - Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпа-ева, 2013.-С. 25-32.

Подписано в печать 22.10.2014. Формат 60x84'1/16. Бумага тип.№1. Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 799.

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