Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии разработки глубоких россыпей драглайнами

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии разработки глубоких россыпей драглайнами"

На правах рукописи

Нечаев Константин Борисович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ГЛУБОКИХ РОССЫПЕЙ ДРАГЛАЙНАМИ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат ] НОЯ 2015

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск, 2015

005564560

005564560

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Иркутский национальный исследовательский технический университет»

Научный руководитель: Дудинский Федор Владимирович,

доктор технических наук, профессор кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет»

Официальные оппоненты: Субботин Юрий Викторович,

доктор технических наук, профессор кафедры «Открытые горные работы» ЗабГУ;

Ершов Виктор Алексеевич,

кандидат технических наук, начальник проектного отдела АО «Светлый»

Ведущая организация Иркутский научно-

исследовательский институт благородных и редких металлов и алмазов (ОАО Иргиредмет)

Защита состоится «17» декабря 2015 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.073.07 при ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус К, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» и на сайте университета - http://istu.edu/.

Отзывы на автореферат отправлять по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.07, электронная почта: ds07@istu.edu

Автореферат разослан «16» октября 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

В.А. Домрачева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большая часть легкодоступных и значительных по запасам месторождений россыпного золота уже отработана, тем не менее, в общем объеме золотодобычи страны доля золота из россыпей составляют порядка 30 %. Рост мировой потребности в минеральном сырье диктует необходимость разработки рудных и эффективную эксплуатацию оставшихся россыпных месторождений. Добыча золота из россыпей остается экономически оправданной, особенно в освоенных золотопромышленных районах Сибирского и Дальневосточного федеральных округов, обладающих достаточной сырьевой базой россыпей. Особенностью значительного числа таких месторождений является глубина залегания -1550 м при относительно небольших объемах песков от нескольких сотен тыс. м3 до 1-2 млн. м3 и запасах золота до 3—5 тонн. Только в регионах Восточной Сибири глубоких россыпных месторождений, характеризуемых как средних по запасам, несколько десятков.

Существующая инфраструктура, стабильно работающие горные предприятия в традиционных местах золотодобычи позволяют вводить в эксплуатацию разведуемые ресурсы и дорабатывать оставшиеся запасы россыпей. Наличие уже используемого и современного горного оборудования, в том числе драглайнов с вместимостью ковшей 5-20 м3, экскаваторно-транспортных комплексов с одноковшовыми экскаваторами (мехлопаты и гидравлические с вместимостью ковшей менее 5 м3), и автотранспорта грузоподъемностью до 40 т, ограниченная потребность в инвестициях (в основном в краткосрочных кредитах) создают условия эффективной разработки глубоких россыпных месторождений.

Эти обстоятельства определяют актуальность совершенствования технологии открытой разработки глубоких россыпей на базе экскаваторных комплексов горного оборудования.

Степень разработанности темы исследования. В области открытой разработки месторождений полезных ископаемых большой вклад в фундаментальную и прикладную науку внесли академики Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, а также ученые Ю.И. Анисратов,

A.И. Арсентьев, B.C. Коваленко, A.A. Пешков, П.И. Томаков, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков и другие.

Проблемами освоения россыпных месторождений занимались и занимаются ведущие научно-исследовательские и учебные организации страны: ИПКОН РАН, ИГДС СО РАН, ИГД ДВО РАН, ОАО «Иргиредмет», ВНИИ-1, РГГРУ, ИРНИТУ, ЗабГУ, СФУ. Изучению вопросов технологии разработки россыпей посвящены работы таких ученых, как В.Б. Добрецов,

B.П. Дробаденко, Ф.В. Дудинский, В.И. Емельянов, Е.Т. Жученко, В.Е. Кисляков, М.В. Костромин, К.Н. Костромитинов, В.Г. Пешков, B.C. Литвинцев, Г.А. Михайлов, Ю.М. Овешников, В.Г. Пятаков, Б.Л. Тальгамер и ряда других. В них были предложены технические реше-

ния, определены рациональные параметры геотехнологий и геоэкологий для разработки россыпных месторождений, в том числе глубоких.

Признавая значительные научные и практические достижения в разработке россыпей следует отметить, что недостаточно уделено внимания вопросам использования крупных драглайнов при значительной глубине залегания россыпи в условиях ограниченности запасов песков, а также технологиям разработки, включающим выемку вскрыши и песков одним драглайном.

Цель работы. Обоснование эффективных технологий разработки глубоких средних по запасам россыпей золота драглайнами.

Идея работы. Технологии разработки глубоких средних по запасам россыпей комплексами горного оборудования должны реализовываться посредством технологических схем механизации горных работ, где в качестве головной машины комплекса используется один драглайн.

Основные задачи исследования

1. Анализ сырьевой базы, горно-геологических, горнотехнических условий, научных достижений и существующих технологий разработки глубокозалегающих россыпных месторождений;

2. Установление принципов обоснования технологических схем разработки глубоких по запасам россыпей;

3. Разработка математических моделей, описывающих взаимосвязи финансовых и экономических показателей с параметрами разработки, их количественную оценку с использованием динамических методов;

4. Разработка новых методик определения параметров бестранспортных технологических схем с внешним отвалообразованием и при совмещении вскрышных и добычных работ, одним драглайном;

5. Обоснование технологий разработки глубоких средних по запасам россыпей и определение параметров технологических схем.

Научная новизна работы

1. Определена степень влияния глубины залегания россыпи на экономические показатели разработки в условиях ограничения производственной мощности карьера годовой производительностью драглайна по горной массе.

2. Выявлены взаимосвязи параметров прибортовой полосы при совмещении вскрышных и добычных работ драглайном с мощностью, объемами вскрыши, песков и отвалообразования. Установлена зависимость предельного значения мощности вскрыши от ширины прибортовой полосы.

3. Получены зависимости производительности карьера от ширины россыпи и длины экскаваторного блока при работе поперечными заходка-ми с совмещением вскрышных, добычных и отвальных работ одним драглайном для различной мощности песков.

4. Установлена степенная зависимость и дана количественная оценка изменения коэффициента переэкскавации от мощности вскрыши для драг-

лайнов с длиной стрелы 45 м, 70 м и 90 м при условии работы широкими заходками с внешним последовательным отвалообразованием.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Установлены основные принципы формирования технологических схем горных работ, для разработки средних по запасам глубоких россыпей.

2. Обоснованы новые технологии разработки глубоких средних по запасам россыпей драглайнами с совмещением вскрышных и добычных работ, определены границы их применения.

3. Выполнена технико-экономическая оценка бестранспортных, комбинированных и транспортных технологий, установлен состав горнотранспортных комплексов, определены границы применения технологий и деления вскрыши между технологиями по глубине россыпи, обоснована производственная мощность карьеров для разработки средних по запасам глубоких россыпей.

4. Разработаны новые методики оценки влияния параметров россыпи на финансовые и экономические показатели разработки россыпи.

5. Разработаны новые методики определения параметров технологических схем с внешним отвалообразованием и совмещением вскрышных, добычных и отвальных работ одним драглайном.

6. Результаты диссертационной работы использованы при проектировании и разработке глубокозалегающих россыпей открытым способом АО «Светлый» и АО «Маракан», а также в учебном процессе ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» для подготовки специалистов по направлению «Горное дело» при изучении дисциплин «Открытая геотехнология» и «Процессы открытых горных работ».

Методология и методы исследования. В работе использован комплексный подход, включающий: анализ и обобщение исследований в области технологий, проектирования и опыта открытой разработки глубоких россыпей. В качестве основных методов исследований использовались геоинформатика, экономико-математическое и горно-графическое моделирование с использованием персонального компьютера. Классические финансовые и экономические методы в т.ч. методы технико-экономического сравнения вариантов.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Разработка средних по запасам глубокозалегающих россыпных месторождений комплексами горного оборудования с использованием драглайна в качестве головной машины и установление производственной мощности карьера в зависимости от его годовой производительности по горной массе обеспечивают снижение удельных капитальных вложений в добычу песков и повышение экономической эффективности горных работ.

2. При применении продольных систем разработки глубоких россыпей промышленную часть месторождения по длине следует делить на полосы с отработкой прибортовых заходок попеременной экскавацией

вскрыши и песков одним драглайном, что дает возможность увеличить предельную глубину вскрыши, объем внутреннего отвала, производственную мощность карьера, управлять последовательностью развития горных работ и капитальными вложениями во времени.

3. Эффективность разработки глубоких россыпей драглайнами поперечными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ, в том числе при делении фронта работ на экскаваторные блоки, необходимо определять с учетом ширины россыпи, длины экскаваторного блока и мощности песков, что позволяет установить наибольшую производительность карьера и снизить удельные эксплуатационные затраты на экскавацию.

Степень достоверности работы. Подтверждается применением математического и графического моделирования, выполненных технико-экономических расчетов с использованием персонального компьютера; значительным объемом привлекаемых проектных и фактических материалов работы золотодобывающих предприятий, внедрением результатов исследований в проектных работах.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийская научно-практической конференция с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (Иркутск, ФГБОУ ВПО «ИрГТУ», 2009 г.); IX, X, XI, XIV научно-практические конференции «Игошинские чтения» (Иркутск, ФГБОУ ВПО «ИрГТУ», 2009, 2010, 2011, 2014 гг.); XIII Международная научно-практическая конференция «Кулагинские чтения» (Чита ФГБОУ ВПО «ЗабГУ» 2013 г.); XXV Всероссийская студенческая научно-практическая конференция с международным участием «Безопасность - 2015» (Иркутск, ФГБОУ ВПО «ИрГТУ», 2015 г.).

Личный вклад автора. Заключается в постановке цели и задач исследования, выполнении всего объема графического моделирования и технико-экономических расчетов, анализе и обобщении полученных результатов, разработке новой технологии с совмещением вскрышных и добычных работ в прибортовой части карьера, формулировании выводов при составлении материалов публикаций и докладов.

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 9 публикациях, включая 6 статей в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы, 70 рисунков, 5 приложений и список литературы из 86 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулирована цель исследований, показаны научная новизна и значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, представлены сведения об апробации результатов.

В первой главе рассмотрена сырьевая база золотоносных россыпей и динамика золотодобычи. Проанализированы научные исследования и технологии разработки глубоких россыпных месторождений.

Во второй главе представлены геологическая характеристика и свойства пород объектов исследования. Установлены факторы, условия и основные принципы обоснования базовых технологических схем разработки глубоких россыпей. Обоснованы базовые технологические схемы освоения глубоких ограниченных по запасам россыпей. Исследована эффективность технологий разработки глубоких россыпей при ограничении производственной мощности карьера годовой производительностью драглайна.

В третьей главе обоснована технология разработки, разработана новая методика и определены параметры технологических схем с совмещением вскрышных и добычных работ в прибортовой части карьера. Установлены и исследованы основные параметры технологических схем, влияющие на показатели разработки, и выявлены их взаимосвязи. Определены границы применения, условия и эффективность разработанной технологии.

В четвертой главе обоснована технология разработки россыпей поперечными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ драглайном. Разработана новая методика расчета параметров схемы разработки россыпи при делении фронта работ на экскаваторные блоки. Исследована производительность карьера во взаимосвязи с параметрами россыпи. Определены границы применения технологий по ширине россыпи, рассчитана их экономическая эффективность.

Защищаемые научные положения

1. Разработка средних по запасам глубокозалегающих россыпных месторождений комплексами горного оборудования с использованием драглайна в качестве головной машины и установление производственной мощности карьера в зависимости от его годовой производительности по горной массе обеспечивают снижение удельных капитальных вложений в добычу песков и повышение экономической эффективности горных работ.

Обобщение различных классификаций россыпей, в т.ч. приведенных в работах С.М. Шорохова и Б.И. Беневольского, позволяет характеризовать их в соответствии со следующими параметрами: по глубине - глубокие от 16 м; по ширине - очень узкие (менее 20 м), узкие (20-50 м), средние (50150 м) и широкие (150-500 м), очень широкие (более 500 м); по запасам золота - мелкие (<500 кг), средние (500-5000 кг) и крупные (>5000 кг).

Объектами исследования являются глубокозалегающие россыпи Ленского золотоносного района с мощностью торфов 16,7-37 м, песков — 1,0— 5,9 м, шириной 37-240 м, запасами золота до 2077 кг, эксплуатационным коэффициентом вскрыши от 3 до 22 м3/м3 (иногда может достигать 34 м3/м3).

Ранее выполненными исследованиями (АО «Иргиредмет») и практикой работы золотодобывающих карьеров (разрезов) (АО «Лензолото») обосновано и подтверждено, что применение бестранспортных технологий с использованием крупных драглайнов ЭШ-10.60, ЭШ-11.70, ЭШ-15.90, ЭШ-20.90, ЭШ-20.100 на удалении торфов при дражной и открытой разработке крупных по запасам глубокозалегающих россыпей является оправданным и эффективным.

В настоящее время открытые горные работы при разработке россыпей ведутся на глубинах до 50 м, годовая добыча песков на одном карьере составляет порядка 200 тыс. м3 при сроке отработки запасов от 4 до 12 лет. При этом используются бестранспортные, комбинированные и транспортные технологии разработки, которые рассмотрены мною как конкурентоспособные. Применение комбинированных технологий на вскрышных работах предусматривает дополнительное использование экскаваторно-транспортного комплекса на нижних уступах.

При выполнении аналитических исследований рассматривалась разработка месторождения с использованием различных технологий: бестранспортной комплексом ЭШ-11.70 + добыча ЭКГ-5А + БелАЗ-540 + ПГШ-П-50, комбинированной ЭШ-11.70 + ЭКГ-5А + БелАЗ-540 + добыча ЭКГ-5А + БелАЗ-540 + ПГШ-П-50 и транспортной на вскрыше и добыче комплексом ЭКГ-5А + БелАЗ-540 + ПГШ-П-50. Вспомогательные работы с применением бульдозеров мощностью 500-700 л. с. Диапазон регулирования производственной мощности карьера устанавливался производительностью комплексов вскрышного оборудования.

Для исследования взаимосвязей экономических показателей с показателями освоения месторождений разработана экономико-математическая модель, адаптированная и реализованная с использованием программы Excel.

Установлено, что с увеличением мощности вскрыши, удаляемой по бестранспортной технологии и соответственно уменьшению высоты уступов, отрабатываемых с использованием карьерных экскаваторов и транспорта, характер изменения совокупных затрат на разработку для технологических комплексов различен (рисунок 1).

При комбинированной технологии разработки оценка влияния объемов вскрыши, распределяемой между бестранспортной и транспортной технологиями по критериям чистый дисконтированный доход (ЧДД) и индекс доходности (ИД) для условий глубокой россыпи (31,5 м), шириной промышленной части 100 м с использованием на вскрышных работах комплекса ЭШ-11.70 + ЭКГ-5А+ БелАЗ-540 с внешним отвалообразованием показала, что экономическая эффективность выше при мощности вскры-

ши, удаляемой по бестранспортной технологии в пределах 18-24 м при годовой добыче песков 240-160 тыс. м3.

Анализ изменения удельных капитальных вложений, рассмотренный в диапазоне изменения глубин разработки россыпи от 5 до 55 м (рисунок 2), показывает значительное превышение удельных капитальных вложений в добычу песков при транспортных технологиях.

5 500,0 5 000,0 г 4 500,0 ■ 4 000,0 I 3 500,0 ' 3 000.0 2 500,0

! *

—I ¿г 4 | > гГ 7 *

: •

! !

♦ ! /

К / !

/ ;

--------- —.— - —.— —.—I—.—

0,0 10.0 20.0 30,0 40.0 50.0 Глубина залегания россыпи, м

-•— Транспортная

-*— Комбинированная

-•—Бестранспортная

Рисунок 2 — Зависимость удельных капитальных вложений в добычу 1м3 песков от глубины залегания россыпи

0,0 10,0 20,0 30.0 40.0

Мощность вскрыши удаляемой ЭШ, м -•-Комплекс ЭШ-6.45; ЭКГ-5А; БелАЗ-540; - Комплекс ЭШ-11.70; ЭКГ-5А; БелАЗ-540; —•— Комплекс ЭШ-20.90; ЭКГ-5 А; БелАЗ-540;

Рисунок 1 - Зависимость совокупных затрат на разработку россыпи от мощности вскрыши, удаляемой драглайном

Оценка эксплуатационных затрат при различной глубине разработки (рисунок 3) также позволяет сделать вывод, что удельные затраты на 1 м3 транспортных технологий по отношению к бестранспортным и комбинированным выше.

Полученная зависимость ЧДД от глубины горных работ (рисунок 4) при ограничении производственной мощности карьера годовой производительностью драглайна по горной массе 1278 тыс. м показывает, что бестранспортные и комбинированные технологии, с учетом допустимой расчетной ошибки, конкурентоспособны до глубины 35 м.

3,0 2.5 2,0 §■1.5

I ".о

¡0,5

с

0.0

0,0

60,0

10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 4 Глубнна залегания россыпи, м

' Транспортная —*— Комбпнпро ванная —•—Бестранспортная

Рисунок 3 - Зависимость удельных затрат на добычу песков от глубины залегания россыпи

2,0 1,6

г.1,2 : 0,8

0,4

0.0

—- —1-------

—- —\------

I 1 * 1 ♦ 1111

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 Глубнна залегання россыпи, м

- Бестранспортная ЭШ-11.70

■ Комбинированная ЭШ-11.70

- Транспортная

Рисунок 4 - Зависимость ЧДД от глубины разработки россыпи

50,0

Анализ расчетных показателей работы драглайнов ЭШ-6.45, ЭШ-11.70, ЭШ-20.90 в бестранспортных схемах экскавации с внешним отвало-образованием для россыпей с глубиной залегания 15-35 м при изменении их годовой производительности по вскрыше от 183 тыс. м3 (ЭШ-6.45) до 2116 тыс. м3 (ЭШ-20.90) показывает, что производственная мощность карьера по пескам может достигать 224 тыс. м (рисунок 5).

В комбинированных технологиях диапазон изменения производственной мощности карьера гораздо шире, при глубине россыпи от 15 до 40 м драглайн может обеспечивать производственную мощность карьера по пескам до 450 тыс. м3 (рисунок 6).

й 250,0

и

I 200,0

0 'г

г о

а 3

1 £

5 " 100,0

а -1

I 50-° Ё. П

0,0

0,0 500,0 1 000,0 1 500,0 2 000,0 2 500,0 Производительность драглайна по вскрыше, тыс.м-' —■—Мощность 15,0 м —*— Мощность 25,0 м « Мощность 35,0 м

Рисунок 5 - Зависимость производственной мощности карьера от производительности драшайна по вскрыше в бестранспортных технологиях

м 500,0 ■:-------

| 400,0 ---------

0 "я

| | 300,0 ---------

Н §"200.0 ---------

« * 100.0 --------1

1 у

с о,о -

0,0 500.0 1 000,0 1 500.0 2 000,0 Пр01ПВ0Д1ггельн0сть вскрышного комплекса, тыс.ы3 —ЭШ - 6.45; Нв = 15,0 - 40,0 м; В = 200,0 м -«-ЭШ- 11.70; Нв - 15,0-40,0 м; В =200,0 м -•-ЭШ - 20.90; Нв - 15,0 - 40,0 м; В = 200,0 м

Рисунок 6 - Зависимость производственной мощности карьера от производительности драглайна по вскрыше в комбинированных технологиях

Таким образом, результаты исследований показывают, что уровень производственной мощности карьера по пескам при разработке средних по запасам россыпей, достигаемый при применении на вскрышных работах, разработанных бестранспортных и комбинированных технологий, соответствует реальным объемам добычи песков и производительности используемого на горных предприятиях обогатительного оборудования.

Вышеизложенное является доказательством первого научного положения.

2. При применении продольных систем разработки глубоких россыпей промышленную часть месторождения по длине следует делить на полосы с отработкой прибортовых заходок попеременной экскавацией вскрыши и песков одним драглайном, что дает возможность увеличить предельную глубину вскрыши, объем внутреннего отвала, производственную мощность карьера, управлять последовательностью развития горных работ и капитальными вложениями во времени.

В процессе исследования была разработана технология освоения глубоких, широких россыпей долинного типа, в которой использован принцип совмещения вскрышных и добычных работ драглайном при отработке

Рисунок 7 - Технологическая схема разработки с попеременным выполнением вскрышных и добьгчных работ одним драглайном в прибортовой части карьера с размещением вскрышной породы во внешние и внутренние отвалы с увеличенной вместительности

и получены уравнения регрессии для расчета коэффициента переэкскавации (Кп) от мощности вскрыши (X) для разных значений ширины россыпи (таблица 1).

Таблица 1

Уравнения регрессии для расчета коэффициентов переэкскавации в технологических схемах с последовательной перевалкой пород вскрышных __заходок во внешние отвалы_

прибортовых полос карьера, при этом отработка центральной части россыпи может осуществляться с применением экскаваторно-автомобильных комплексов совместно с драглайном или по бестранспортной технологии (рисунок 7).

Для исследования влияния геометрических размеров карьера на объемы перевалки вскрыши во внешние отвалы, с использованием графического редактора AutoCAD, мною построено 114 схем вскрышных работ с внешним последовательным отвалообразованием драглайнами ЭШ-6.45, ЭШ-11.70 и ЭШ-20.90. В результате корреляционного анализа установлен характер связи

Ширина россыпи, м| Расчетное уравнение | Коэффициент корреляции

Экскаватор-драглайн ЭШ-6.45

100 Кп = 0,0037Х" - 0,0267Х + 0,0157 R2 = 0,99

150 Кп = 0,0013Х2 + 0,0749Х - 0.0825 R2 = 0,99

200 Кп = 0,0027Х2 + 0,0695Х + 0,05125 R2 = 0,99

Экскаватор-драглайн ЭШ-11.70

100 Кп = -0,0012Х2 + 0,106Х - 1,8 R2 = 1,0

150 Кп= 0,0008Х" + 0,0176Х - 0,3474 R2 = 0,97

200 Кп = 0,00 IX2 + 0,0258Х - 0,1257 R2 = 0,99

Экскаватор-драглайн ЭШ-20.90

150 Кп = 0.0006Х2 - 0ДН36Х + 0,0399 R2 = 0,94

200 Кп = 0,00 IX2 - 0,0157Х + 0,0105 R2 = 0,98

300 Кп = 0,0006Х2 + 0.0245Х + 0,1109 R2 = 0,99

Разработана технология отработки прибортовой части карьера, предусматривающая выемку вскрыши и песков одним драглайном при разделении вскрышной толщи на два подуступа (рисунок 8).

Рисунок 8 - Технологическая схема разработки с попеременным выполнением вскрышных и добычных работ одним драглайном в прибортовой части карьера с размещением вскрышной породы во внутренние отвалы увеличенной вместительности

При отработке прибортовой части карьера вскрышной уступ по высоте разделяется на две части, при этом верхняя часть опережает нижнюю на величину, равную длине рабочей площадки драглайна. Вынутые пустые породы отсыпают в выработанное пространство, образованное ранее от отработки центральной полосы карьера, формируя отвал пустой породы (рисунок 8, а). Полезное ископаемое отсыпают в навал на поверхности. Далее (рисунок 8, б) драглайном отрабатывают верхнюю часть уступа, и вынутые породы отсыпают с торцевой стороны нижней части уступа на плотик.

Общий объем внутреннего отвала, м3, определяется с учетом условия изменения длины фронта отсыпки отвала по отношению к ширине прибортовой полосы по формуле (1):

VD = 0,01745• R0 -[nt -(НутШп -0,25IIIn2tgao) + n,[p -(HynpL-0,25L2tgao)J, (1) где R0 — радиус отвалообразования, м; пт , ппр - соответственно градусная мера дуги при отсыпке отвала в пределах торцевой и продольной частей заходки, град.; Н)гт — предельная высота отвала с торцевой стороны заходки, м; Шп - ширина прибортовой полосы (ширина вскрышной заходки), м; НуПр - предельная высота отвала с продольной стороны заходки, м; L - шаг передвижки драглайна (шаг отвалообразования), м; а0 -угол откоса поверхности отвала, град.

Установлено, что основными параметрами технологической схемы, влияющими на эффективность работ в прибортовой части карьера, являются ширина заходки и шаг передвижки экскаватора в блоке, взаимосвязанные с мощностью вскрыши, объемом отвалообразования и другими параметрами.

Обоснованные технологические схемы разработки россыпи с попеременным выполнением вскрышных и добычных работ одним драглайном в прибортовой части карьера исследованы при ограничении производственной мощности карьера производительностью драглайна по горной массе для условий отработки прибортовой и центральной частей карьера с равными сезонными скоростями подвигания фронта работ уступа и отработки центральной части россыпи с опережением во времени по отношению к ее прибортовой части.

Годовой объем вскрыши (м3) в прибортовой Ус и центральной частях россыпи Ук при совмещении вскрышных и добычных работ драглайном соответственно рассчитывается по формуле (2):

V = Угм-Ук и Ук =-У"'ВкНк-, (2)

с ™ (ВкНк+ВсНс)(1 + Кп)

где Угм - годовая (объем) производительность драглайна по горной массе, м3; Вс— ширина прибортовой полосы вскрыши, м; Вк- ширина центральной части россыпи, м; Нс - мощность вскрыши в прибортовых частях россыпи, м; Нк — мощность вскрыши в центральной части россыпи, м; Кп — коэффициент переэкскавации.

В результате исследования производственной мощности карьера и затрат на горные работы (рисунок 9) установлена их взаимосвязь с шириной прибортовой полосы, отрабатываемой при совмещении вскрышных и добычных работ одним драглайном, а также определены основные экономические показатели разработки россыпи.

Определено, что деление россыпи по ширине на полосы позволяет увеличить среднего-з довые объемы вскрыши по от-3 ношению к сплошной отработке на 39-49 % и соответственно обеспечить рост среднегодового объема добычи в 1,3 раза при сокращении срока отработки россыпи.

2,0

Ъ

= 1,5

2 ^

О

1,0

0,5

0,0

1

1 ------4 «

кГ' ' % ___ \

В-- ---+ | -

0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 Ширина прибортовой полосы, м —♦ - Вскрыша всего, м3 —* • Вскрыша ЭШ, м • Вскрьппа ЭКГ, м3 —«— Объем песков, м Рисунок 9 - Зависимость годовых объемов горных работ от ширины прибортовой полосы при отработке прибортовых и центральных полос с равными скоростями подвигания фронта работ уступа

разработки по технологическим схемам: 1 - отработка россыпи без совмещения вскрышных и добычных работ (вскрышные работы на верхнем уступе - драглайном, на нижнем — экскаваторно-транспортным комплексом); 2 — отработка центральной части россыпи с опережением во времени по отношению к прибортовой части; 3 - отработка прибортовой и центральной частей с равными скоростями подвигания фронта работ уступа

Экономическая эффективность технологии оценена с использованием критерия ЧДД и ИД. Результирующие показатели экономической эффективности разработки (рисунок 10) подтверждают целесообразность применения

Вариант техиолоппг ТвХНОЛОГИИ ОСВОвНИЯ

а ЧДД сзУдельные капвложения □СтонмостьОФ и ИД ШИрОКИХ рОССЫПеЙ,

Рисунок 10-Результаты расчетов основных показателей предусматривающей деление промышленной части по ширине на полосы.

Таким образом, разделение промышленной части россыпи на полосы по ширине, и отработка прибортовых полос с совмещением вскрышных и добычных работ одним драглайном обеспечивают улучшение основных динамических и статических показателей разработки россыпи, в том числе снижение затрат на рекультивацию.

Вышеизложенное является доказательством второго научного положения.

3. Эффективность разработки глубоких россыпей драглайнами поперечными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ, в том числе при делении фронта работ на экскаваторные блоки, необходимо определять с учетом ширины россыпи, длины экскаваторного блока и мощности песков, что позволяет установить наибольшую производительность карьера и снизить удельные эксплуатационные затраты на экскавацию.

Для разработки россыпей поперечными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ одним драглайном разработано и исследовано две технологических схемы, которые могут применяться при высоте уступа, не превышающем глубину черпания драглайна.

В первом случае при ведении вскрышных и добычных работ драглайном пески размещают во временные навалы на поверхности внутри контура карьера (рисунок 11). Во втором случае россыпь по ширине делится на экскаваторные блоки. По длине экскаваторный блок отрабатывают частями (рисунок 12, а и б). Первоначально экскаватор размещают внутри экскаваторного блока и отрабатывают торцевые части заходки, при

Рисунок 11 - Технологическая схема

разработки россыпи поперечными заходками драглайном с совмещением вскрышных и добычных работ

Рисунок 12 - Технологическая схема разработки при делении россыпи на блоки: а) разработки россыпи одним драглайном поперечными заходками; б) отработки экскаваторного блока с совмещением вскрышных и добычных работ одним драглайном

этом вскрыша отсыпается во внутренний отвал, а пески за контур карьера на площадку, где осуществляется их промывка. После этого драглайн перемещается за границу экскаваторного блока и вынимает породы из центральной ее части также отсыпая вскрышу и пески раздельно в выработанное пространство и на поверхность. На данный способ получено решение о выдаче патента на изобретение (от 04.12.2014 № 2014149011/03(078784)).

-:-—V- а) XX

2 1 800.0

Я 5 ТЕ 1 600.0

а

= 1 400.0

с-

£ 1 200.0

8 а

£ ь 1000.0

g а

? с 800.0

| о 600,0

| О 400,0

8. с 200,0

Результаты исследований и сравнение показателей разработанной технологии (рисунок 11) с традиционной (схемы с экска-ваторно-транспортным комплексом на разработке песков) показывают, что увеличение ширины россыпи (длины фронта работ) и мощности песков в исследуемых

50.0 100,0 150.0 200.0 250,0 300.0 350.0 400,0 450,0 _

длина Фронта работ, ы приводит к более резкому изме-

-«-ЭкскаваторЭШ (горная масса) НеНИЮ ПрОИЗВОДИТеЛЬНОСТИ В

-■- Экскаватор ЭШ (пескп) /

__ „ . . бестранспортных схемах (рису-

-*-Экскаваторно-транспортныи комплекс (горная масса) 1 1 \г ^

-•-Экскаваторно-транспортнып комплекс (пескп) нок 13), что объясняется харак-

Рисунок 13 - Зависимость производительности тером технологических простоев драглайна ЭШ-11.70 от длины фронта работ в зависимости от длины фронта при поперечной системе разработки <- ^ г

* г , _ работ. Так, при отработке пес-

с совмещением вскрышных и добычных работ г 1 г

ков мощностью 5 м и изменении длины фронта работ от 100 до 400 м рост производительности драглайна в первом случае происходит в 1,4 раза, а применение одного драглайна на вскрышных и добычных работах при изменении длины фронта работ в тех же пределах дает рост производительности на 4 %.

Эксплуатационная производительность драглайнов в рассматриваемых технологиях во многом определяется потерями рабочего времени на выполнение технологических операций, не связанных с процессом черпания. Общие технологические простои драглайна при отработке заходки складываются из затрат времени на вспомогательные операции при отработке забоя (включают зачистку кровли полезного ископаемого и плотика, подготовку к шаганию, планировку трассы хода, подготовку места рабочей стоянки экскаватора, перенос и переключение кабеля и т.д.), а также затрат

времени в заходке на вспомогательные операции, не связанные с отработкой забоя (включают подготовительно-заключительные операции и регламентированные перерывы, перемещение экскаватора и выполнение дополнительных работ в торцах фронта работ, перегон драглайна к следующему забою, ожидание доработки песков и т.д.).

Установлено, что потери Рисунок 14-Зависимость затрат времени времени на технологические про-на вспомогательные операции при отработке стой растут при увеличении длины забоя от длины фронта работ при мощности песков 4 м ] б

100,0 200,0 300.0 400,0 Длина фронта работ, м

- Экскаватор ЭШ

--Экскавагорно - транспортный комплекс

500.0 600.0

фронта работ как в случае применения экскаваторно-транспортных комплексов, так и с использованием одного драглайна (рисунок 14). При этом темп роста простоев при отработке забоя в схемах с одним драглайном выше, что связано с экскавацией песков.

Например, при отработке уступа высотой 19 м с пластом песков мощностью 4 м при изменении длины фронта работ от 200 до 400 м затраты времени на вспомогательные операции при экскавации пород в забое одним драглайном выше в 1,7 раза по сравнению с бестранспортной технологией.

Темп роста затрат

6 000,0

%

б п

5 000.0

2

| •1 000.0

с. £

Е =

о 2 3 000,0

о

В*

1 2 000,0

1 000,0

—к-

-иг-

._____!„„__

___л- -**"_______I______

50,0 150,0 250,0 350,0 450,0 5:

Длпна фронта работ, м ' Экскаватор ЭШ (мощность песков 3 м) —Экскаватор ЭШ (мощность Песков 4 м) —•— Экскаватор ЭШ (мощность песков 5 м)

- Экскаваторно-транспортный комплекс (мощность песков 3 м)

- А* Экскаваторно-транспортнын комплекс (мощность песков 4 м)

- Экскаваторно-транспортнын комптекс (мощность песков 5 м)

Рисунок 15 - Зависимость изменения ЧДД от длины фронта работ (ширины россыпи) при отработке россыпи сивности поперечными заходками

времени в заходке на вспомогательные операции в рассматриваемых технологиях одинаков, при этом в численном выражении в схемах с одним драглайном потери времени ниже на 4050%.

Определено, что увеличение длины фронта работ приводит к изменению ЧДД с различной степенью интен-Данная особенность позволяет промышленной части россыпи по

установить предельную ширину наибольшему значению ЧДД в сопоставлении с технологией разработки россыпи экскаваторно-транспортным комплексом (рисунок 15).

Так, при рассмотренных конструкциях технологических схем и установленных для моделирования параметрах экскавации экономически

обоснованная граница применения технологии с одним драглайном на вскрышных и добычных работах, в зависимости от мощности песков, будет определяться предельной шириной промышленной части россыпи 180-420 м.

При исследовании технологии разработки, предусматривающей деление фронта работ на экскаваторные блоки, установлено, что увеличение длины блока, а соответственно, длины фронта

л н 1 700,0

О 2 1 650,0

5 £ 1600,0

§ с> а 1 550,0

со г> 5 О г 1 500,0 1 450,0

С к с. 1400,0

ей О 1 350,0

£ с 1 300,0

100,0

20,0 40,0 60,0 80,0

Длпна экскаваторного блока, м

-Одни ЭШ (разработка поперечной заходкон)

-Однн ЭШ (разработка экскаваторными блоками)

Рисунок 16 - Зависимость годовой добычи песков от длины экскаваторного блока при разработке россыпи драглайном ЭШ-11.70

17

работ, позволяет повысить производительность драглайна (рисунок 16) и увеличить объем добычи песков. Так, анализ разработки россыпи глубиной 15 м с мощностью песков 4 м показывает, что при длине блока 90 м (ширина россыпи - 180 м) годовой объем добычи песков при делении фронта работ на два блока увеличивается на 36 % при снижении себестоимости добычи песков и удельных капвложений соответственно на 39 и 35 %.

Поэтому эффективность отработки россыпей шириной, не превышающей суммарную длину двух экскаваторных блоков, по отношению к отработке поперечными заходками и экскаваторно-транспортным комплексом будет выше.

По результатам исследований разработана номограмма (рисунок 17), позволяющая определять параметры технологической схемы для различных условий разработки.

Расстояние "а", м

Радиус отвала, м

Рисунок 17 — Номограмма определения основных параметров технологической схемы при делении россыпи по ширине на экскаваторные блоки (драглайн ЭШ-20.90)

При делении россыпи по ширине на экскаваторные блоки длина экскаваторного блока во взаимосвязи с параметрами технологической схемы определяется выражением (3), м:

Í3AhnR4K

Ln =R4sincp,+R sin<p2-з-- — а , (3)

V я8ао

где q>i - угол поворота драглайна в сторону навала песков (определяется во взаимосвязи с местом размещения оси хода - координата «X»), град.; ф2 - угол поворота драглайна в сторону торцевой части экскаваторного блока, град.; hn - мощность песков, м; а - расстояние между бровкой уступа и бровкой навала песков, м; Эо - угол откоса поверхности навала песков.

Вышеизложенное является доказательством третьего научного положения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная задача обоснования технологии разработки глубоких россыпей драглайнами.

1. Доказана техническая возможность и высокая экономическая эффективность разработки глубоких средних по запасам россыпей открытым способом технологиями с применением комплексов горного оборудования, включающих шагающие экскаваторы с вместимостью ковша 5-20 м3 при установлении производственной мощности карьера производительностью драглайна по горной массе.

2. Установлено влияние горно-геологических условий глубоких россыпей (глубина залегания, ширина россыпи, содержание золота в песках, количество запасов) на удельные эксплуатационные и капитальные затраты, а также ЧДД при условии ограничения производственной мощности карьера годовой производительностью драглайна по горной массе.

3. Обоснована технология разработки глубоких россыпей продольными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ в прибор-товой части карьера, позволяющая увеличить предельную глубину разработки, объем внутреннего отвала и формировать рельеф поверхности, отвечающий требованиям рекультивации.

4. Доказано, что разделение россыпи на продольные полосы и отработка прибортовых полос с совмещением вскрышных и добычных работ одним драглайном обеспечивает улучшение основных динамических и статических показателей разработки россыпи, в том числе снижение затрат на рекультивацию.

5. Обоснована технология разработки россыпей поперечными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ драглайном при делении фронта уступа на экскаваторные блоки, применение которых позволяет увеличить объем добычи песков и снизить капитальные вложения на разработку.

6. Выявлены взаимосвязи показателей разработки россыпей поперечными заходками драглайном (производительность карьера, ЧДД) с шириной и глубиной россыпи при различной мощности песков.

7. Разработаны новые методики определения параметров технологических схем с совмещением вскрышных, добычных и отвальных работ одним драглайном при продольных и поперечных системах разработки глубоких россыпей.

8. Установлены границы применения разработанных технологий по глубине и ширине россыпи, а также определена область их применения.

9. Экономическая эффективность разработанной технологии с совмещением вскрышных и добычных работ драглайном подтверждается снижением себестоимости добычи песков по отношению к раздельной разработке торфов и песков при продольных и поперечных системах соответственно в 2,2 и 1,5 раза.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Нечаев К.Б. Основные технологии разработки глубокозалегающих ограниченных по запасам россыпей открытым способом [Текст] / Ф.В. Дудинский, К.Б. Нечаев // Горный журнал. - Екатеринбург : Изд-во УГГУ, 2010. -№ 5. - С. 33^0.

2. Нечаев К.Б. Технико-экономическое моделирование разработки глубоких россыпей [Текст] / Ф.В. Дудинский, К.Б. Нечаев И Вестник ИрГТУ. - Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2011. - № 5. - С. 67-71.

3. Нечаев К.Б. Эффективность комбинированной разработки глубоких россыпей [Текст] / Ф.В. Дудинский, К.Б. Нечаев, К.Н. Костромитинов // Горный журнал. - Екатеринбург : Изд-во УГГУ, 2012. - № 5. - С. 4—9.

4. Нечаев К.Б. Определение основных параметров открытой разработки месторождений с горизонтальным и пологим залеганием пласта [Текст] / Ф.В. Дудинский, К.Б. Нечаев // Вестник ИрГТУ. - Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2014. -№ 11.-С. 122-127.

5. Нечаев К.Б. Технологии разработки россыпных месторождений драглайнами методом поперечных заходок [Текст] / Ф.В. Дудинский, К.Б. Нечаев // Вестник ЗабГУ. - Чита : Изд-во ЗабГУ, 2015. - № 03 (118). -С. 11-20.

6. Нечаев К.Б. Обоснование технологии освоения глубоких россыпей с управлением последовательностью развития горных работ [Текст] / Ф.В. Дудинский, К.Б. Нечаев // Вестник ИрГТУ. — Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2015. - № 6. - С. 43-48.

Статьи в других изданиях:

7. Нечаев К.Б. Распределение вскрышных пород во внешние отвалы при бестранспортной разработке россыпей [Электронный ресурс] / Ф.В. Дудинский, К.Б. Нечаев // Инновационное развитие горнометаллургической отрасли: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с элементами научной школы для молодежи. - Иркутск, 2009. — 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

8. Нечаев К.Б. Определение безопасного расстояния между технологическим оборудованием при разработке россыпей с совмещением вскрышных и добычных работ [Текст] / К.Б. Нечаев // «Безопасность -2015»: сб. науч. тр. XX Всерос. студенческой науч.-практ. конф. с между-нар. участием «Современный мир и безопасность». - Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2015. - С. 30-32.

9. Нечаев К.Б. «Систематизация технологических схем разработки глубоких россыпей драглайнами» [Текст] / К.Б. Нечаев // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. / под ред. проф. Б.Л. Тальгамера. - Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2015. - Вып. 15. - С. 12-17.

Подписано в печать 16.10.2015. Формат 60 х 90 / 16.

Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Зак. 235. Поз. плана 9н.

Отпечатано в Издательстве ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83