Обоснование технологии разработки крутопадающих вытянутых месторождений при ликвидации отставания вскрышных работ

Черепанов, Евгений Викторович

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии разработки крутопадающих вытянутых месторождений при ликвидации отставания вскрышных работ"

На правах рукописи

Черепанов Евгений Викторович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ ВЫТЯНУТЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ОТСТАВАНИЯ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0 5 ЛЕЯ 2008

Кемерово - 2008

003455040

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

Косолапов Александр Иннокентьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Колесников Валерий Федорович

кандидат технических наук Вагнер Виктор Андреевич

Ведущая организация — Новационная фирма

«КУЗБАСС-НИИОГР»

Защита состоится «25 » декабря 2008 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет".

Автореферат разослан « 49» иёЛ^Л

2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Иванов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема нормализации работы карьеров, которые находятся в критическом положении вследствие значительного отставания вскрышных работ (вскрышного отставания), всегда присутствовала на предприятиях горнодобывающей промышленности.

Экономический кризис 90-х годов привел к систематическому невыполнению планов вскрышных работ и стихийному созданию временно нерабочих участков в карьерах. Например на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике к 1999 г. невыполненный объем вскрыши составил 14,2 млн.м3, а на карьерах Криворожского горно-обогатительного комбината - 64 млн.м3. В числе предприятий, на которых были созданы внеплановые временно нерабочие борта из-за вскрышного отставания, можно назвать и Оленегорский, Учалинский, ЮГОК, Сорский, Коршуновский и другие.

За последнее десятилетие обстановка на карьерах улучшилась, однако вопрос удаления вскрыши, законсервированной на карьерах в период экономического спада, до сих пор не потерял своей актуальности. Подобная ситуация характерна для Лучегорского разрезоуправления, где объем вскрышного отставания по карьерам составлял 30 млн.м3, для Костомукшского месторождения железной руды - 5,5 млн.м3, Центрального ГОКа (Кривой Рог) - 100 млн.м3, рудника «Железный» Ков-дорского ГОКа - 1,8 млн.м3, разреза «Ангренский» (Узбекистан) - 54 млн.м3; Стойленского, Качканарского, Сарбайского и других карьеров, которые разрабатывают вытянутые месторождения полезных ископаемых. Для некоторых предприятий эти объемы составляют 5-10 годовых планов производства вскрышных работ.

В настоящее время, при разработке программ выхода предприятий из кризиса возникают значительные трудности, связанные с отсутствием конкретных научных исследований, посвященных ликвидации вскрышного отставания на карьерах. Отсутствие четкой стратегии развития горных работ становится тем фактором, который удерживает инвесторов от вложений в развитие карьеров, на которых необходимо провести ликвидацию вскрышного отставания, при том, что существуют все условия для привлечения на горные предприятия необходимых объемов инвестиций.

Таким образом, обоснование технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах, разрабатывающих вытянутые месторождения полезных ископаемых представляет собой актуальную научно-практическую задачу.

Цель работы - обоснование технологических решений для повышения эффективности отработки месторождений в период ликвидации вскрышного отставания.

Основная идея работы заключается в управлении параметрами рабочей зоны карьера при опережающей разработке части законсервированного борта в период ликвидации вскрышного отставания для обеспечения требуемого объема добычи руды при минимальных затратах средств и времени.

Задачи исследований:

-разработка методики расчета объема и времени ликвидации вскрышного отставания;

-обоснование технологии и производительности горных работ в период ликвидации и управляемого накопления вскрышного отставания;

-исследование влияния сброса в добычную зону взорванных пород с уступов расконсервируемого борта на процесс ликвидации вскрышного отставания.

Научные положения, выносимые на защиту:

- для повышения эффективности разработки месторождения во время ликвидации вскрышного отставания рабочую зону карьера необходимо восстановить до проектных размеров, извлекая такой объем горной массы, в границах которого время выемки руды и вскрыши одинаково, а время восстановления добычной зоны минимально.

- при возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше, следует сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера, с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания.

- для ограничения взаимного влияния работ по ликвидации вскрышного отставания и добыче руды на подошве нижнего вскрышного уступа необходима улавливающая площадка с размерами, требуемыми для размещения объема сброса породы с верхних вскрышных уступов и создания подпорной стенки, ограждающей сбросы вскрышных пород в добычную зону.

Научная новизна работы заключается:

-в обосновании полиноминальной зависимости второго порядка между временем ликвидации вскрышного отставания и количеством звеньев оборудования с заданной его производительностью;

-в выявлении того, что увеличение на 10% количества звеньев оборудования при ликвидации вскрышного отставания приводит к соответствующему уменьшению его времени на 6-12%;

-в доказательстве возможности управления процессом накопления вскрышного отставания для обеспечения его последующей ликвидации при добыче требуемых объемов руды.

Методы исследований включают: анализ и обобщение проектной документации, научно-технической литературы, данных производственной практики; аналитическое и горно-геометрическое моделирование с применением программного обеспечения и ЭВМ; метод технико-экономического анализа.

Личный вклад автора заключается:

-в анализе опыта работы карьеров в условиях ликвидации вскрышного отставания и поэтапной разработки месторождений;

-в разработке методики расчета объемов и времени ликвидации вскрышного отставания;

-в обосновании технологии горных работ для ликвидации и управляемого накопления вскрышного отставания;

-в исследовании влияния сброса взорванных пород с уступов расконсервируемого борта в добычную зону и разработке методики обоснования места и размеров улавливающей площадки;

-в проведении численных исследований, влияния времени ликвидации вскрышного отставания на эффективность работы карьера.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением апробированпых научных методов исследований, а также сопоставимостью полученных с их помощью результатов; применением для оценки экономических критериев, длительное время используемых в рыночных экономических системах; применением графических редакторов ЭВМ для подсчета объемов горных пород.

Отличие от ранее выполненных работ заключается в том, что доказана эффективность применения в период ликвидации вскрышного отставания опережающей выемки части временного нерабочего борта для восстановления добычной рабочей зоны карьера до проектных параметров, а также принципиальная возможность управления вскрышным отставанием с использованием разработанной для этого технологии горных работ.

Практическая ценность работы заключается:

-в методике обоснования размеров рабочей зоны, восстанавливаемой во время ликвидации вскрышного отставания;

-в разработанной технологии горных работ в стесненных условиях, уменьшающей простои оборудования;

-в методике расчета времени ликвидации вскрышного отставания с учетом количества вводимого в этот период оборудования;

-в обосновании мест консервации горных работ при управляемом накоплении вскрышного отставания;

-в установлении параметров и местоположения улавливающей площадки на участке ликвидации вскрышного отставания.

Реализация работы. Результаты проведенных в работе исследований по определению параметров улавливающих площадок и технологии подготовки горизонтов на временно нерабочем борту использованы и приняты к внедрению ОАО «Сибцветметниипроект» при разработке проекта отработки Кия-Шалтырского нефелинового месторождения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Открытые горные работы» СФУ; на Международной научно-практической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2005); на Всероссийской научно-практической конференции «Экономика природопользования» (г. Пенза, 2005); на Международной научно-практической конференции «Эффективные инновационные решения в геотехнологии» (г. Красноярск, 2005); на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенствование технологий производства цветных металлов» (г. Красноярск, 2005); на Международной научно-практической конференции

«Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота» (г. Красноярск, 2006). Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 138 страницах машинописного текста, включает 14 таблиц, 46 рисунков, 1 приложение и список использованной литературы из 74 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, профессору, д.г.н. А.И. Косолапову, постоянное внимание, идеи и помощь которого способствовали успешному выполнению работы, а также профессору, к.т.н. В.Н. Синьчковскому и всем сотрудникам кафедры ОГР за практические советы при написании работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа базируется на трудах отечественных и зарубежных ученых и практиков в области открытой разработки месторождений этапами и взрывного дела М.И. Агошкова, Ю.И. Анистратова, А.И. Арсентьева, С.С. Аршинова, Ж.В. Бунина, В.Д. Буткина, В.А. Вагнера, С. Е. Гавришева, В.А. Галкина, A.B. Гальянова, A.J1. Грицая, В.Б. Добрецова, С.А. Ильина, В.В. Квитки, B.C. Коваленко, В.Ф. Колесникова, Б.Н. Кутузова, В.П. Линева, Н.Я. Лобанова, Н.В. Мельникова, H.H. Мельникова, В.И. Никандрова, Б.К. Оводен-ко, В.А. Падукова, С.П. Решетняка, В.В. Ржевского, A.A. Пешкова, А.С.Ташкинова, П.И. Томакова, К.Н. Трубецкого, В.П. Федорко, С.И. Фомина, Г.А. Холоднякова, B.C. Хохрякова, О.В. Шпанского и др.

Анализ опыта работы горных предприятий, разрабатывающих вытянутые рудные крутопадающие залежи, таких как Ковдорский ГОК, Центральный ГОК, Сорский молибденовый комбинат, Кия-Шалтырский нефелиновый рудник и др., показывает, что большинство карьеров работает в условиях вскрышного отставания, объемы которого варьируют от сотен тысяч до десятков миллионов кубических метров вскрышных пород.

В работах советских и российских ученых даны понятие и методика определения размера вскрышного отставания в карьере, а также причины его возникновения. В частности В.Г. Близнюковым отмечено, что под вскрышным отставанием (задолженностью по вскрышным работам) обычно понимают отставание на текущий момент времени фактически выполненных за весь период работы карьера объемов вскрыши от намеченных на тот же период проектом. В работе Т.В. Донченко предложена классификация основных причин вскрышного отставания, вследствие которых на карьерах формируют временно нерабочие борта (далее ВНЕ) непредусмотренные проектом:

-в результате нарушения законов развития карьерного пространства;

-из-за недостаточного количества оборудования;

-вследствие отсутствия достоверной геологической информации.

Все указанные причины имеют стихийный характер, т.е. возможность и точное время их появления никак нельзя определить заранее. Поэтому решение о выходе из создавшегося сложного положения нередко принимают, когда уже назрела острая необходимость ликвидации вскрышного отставания (далее

Известные исследования данной проблемы разрозненны и касаются отдельных случаев. Ситуация осложнена тем, что ЛВО обычно идет с нарушением планомерного и соразмерного развития вскрышных и добычных работ. Поэтому, чтобы разработать порядок производства горных работ необходимо определить условия наличия вскрышного отставания в карьере и окончания работ по его ликвидации.

Вскрышное отставание на карьере чаще всего представлено в виде целика на рабочем борту, угол откоса которого больше проектного значения. Поэтому при вскрышном отставании будет выполняться следующее условие

где <рт - текущий угол откоса рабочего борта карьера, град.; <рп - проектный угол откоса того же борта, град.

Процесс ЛВО рассмотрен на примере карьера (рис. 1), отрабатывающего крутопадающее рудное месторождение по висячему боку залежи и имеющего некоторый объем вскрышного отставания abed, вследствие чего сформирован ВНБ по линии be. Современное положение горных работ представлено линией Ьсое, а проектное положение рабочей зоны линией doe.

Рис. 1. Схема развития горных работ в карьере при ликвидации вскрышного отставания

Развитие добычных и вскрышных работ в контуре еос/р необходимо вести совместно с отработкой контура аЬ/йг. При этом по линии Ь/будет формироваться целик, высота которого варьирует в зависимости от интенсивности ведения горных работ в указанных контурах. После отработки необходимого объе-

ЛВО).

<Рт > (Рт

(О

ма горной массы рабочая зона займет положение юр, соответствующее одному из ее проектных положений. Таким образом, условие

<Рт = фп, (2)

характеризует момент окончания работ по ЛВО.

На этой основе предложены возможные варианты ЛВО (рис. 2), учитывающие особенности вскрышного отставания:

-вариант А — ВНБ сформирован вблизи конечного борта карьера и не влияет на добычную зону карьера. Работы по ЛВО можно провести без нарушения планомерной отработки месторождения, с использованием известных технологий разноса ВНБ;

-вариант Б - ВНБ сформирован вблизи добычной зоны карьера, но не влияет на нее. ВНБ во время ЛВО выйдет в добычную зону, что приведет к нарушению планомерной отработки месторождения;

-вариант В - ВНБ захватил часть добычной зоны карьера. Работы по ЛВО будут проведены в условиях постоянно изменяющихся параметров добычной зоны;

-вариант Г - ВНБ полностью перекрыл добычную зону карьера. Необходим новый проект разработки месторождения.

- объем вскрышного отставания

- рудное тело

Рис. 2. Возможные варианты положения ВНБ при вскрышном отставании: 1 - проектное положение рабочей зоны на момент начала ЛВО; 2 - положение рабочей зоны на момент завершения ЛВО

Анализ указанных вариантов показал, что ликвидация вскрышного отставания чаще всего идет с нарушением порядка отработки карьера до момента

восстановления проектных параметров его рабочей зоны. При этом наибольший интерес представляют варианты Б и В.

Процесс ЛВО имеет связь с известным принципом ведения горных работ с применением ВНБ, который был обоснован А.И. Арсентьевым

На=к0-Та=кр-Тр, (3)

где На - глубина карьера к моменту окончания разноса ВНБ, м; /?0 и Ир - скорость понижения горных работ при создании и разносе ВНБ соответственно, м/год; ТаиТр- время создания и разноса борта соответственно, лет.

При этом величина На равна высоте борта сформированного по линии Ьп (рис. 1). Однако при выходе ВНБ в рудную зону трудно определить необходимую величину На, поскольку точки окончания разноса ВНБ / и ликвидации вскрышного отставания 5 не совпадают (рис. 1).

Поэтому предложено проводить расчеты интенсивности горных работ исходя из величины объема ЛВО, который характеризует объем всей горной массы, удаляемой с момента начала работ по ЛВО до их окончания (контур аЪсаерьг на рис. 1).

Учитывая условие (3) объем ЛВО можно определить следующим образом У, = (ЛВО '(ве.+вр, )=Уе.,+Ур*, (4)

где Ул - объем ЛВО, м3, - время ЛВО, годы; Оел. и 0Р, - производительности карьера по вскрыше и руде в период ЛВО, м3/год; Увя и Урл - объемы вскрыши и руды в объеме ЛВО, м3.

Тогда

V V

Г = — = — С51

Отсюда можно найти необходимую годовую производительность карьера по вскрыше

V О

а„ (6)

р*

Для условий ЛВО в расчетах задают проектную производительность карьера по руде. Значения Уел и Урл находят в соответствии с положениями метода горно-геометрического анализа работы карьера, разработанного В.В. Ржевским.

Исходя из значения Qвл определяют необходимое количество звеньев горного оборудования Аг3, задаваясь их расчетной производительностью или используя данные практики работы карьера

(7)

Ч,

где д3 - производительность звена вскрышного оборудования, м3/год.

Приведенные расчетные формулы положены в основу методики определения объема и периода ЛВО с учетом заданной производительности карьера по руде.

Для ее иллюстрации ниже приведен пример расчета при следующих исходных данных: карьер имеет вскрышное отставание 24,2 млн. м3; временно

нерабочий борт имеет высоту 80 м; производительность карьера по руде 2000 тыс. м3/год; производительность звена вскрышного оборудования 1400 тыс. м3/год; проектная глубина карьера - 380 м. Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Расчет объема и периода ликвидации вскрышного отставания

Объем, тыс. mj VM тыс.м3

Вариант Глубина этапа, м руды вскрыши tjiso, лет N3

1 170 22 000 156 170 178170 11 11

2 210 26 000 175 160 201 160 13 10

3 240 32 000 200 450 232 450 16 9

4 280 40 000 224 940 264 940 20 8

5 310 50 000 246 800 296 800 25 7

Очевидно, что за счет изменения количества звеньев вскрышного оборудования можно управлять временем ЛВО. В частности, для условий примера увеличение вскрышных звеньев оборудования на единицу приводит к сокращению периода ЛВО на 4 года. То есть уменьшение времени ЛВО напрямую связано с увеличением инвестиций. Поэтому выбор варианта ЛВО следует осуществлять с использованием экономических показателей, учитывающих временную динамику инвестиций и их результатов. В настоящей работе в качестве экономического критерия для выбора варианта количества звеньев вскрышного оборудования принято значение чистого дисконтированного дохода (ЧДЦ). Максимальное его значение, как показали результаты численных исследований, соответствует равномерному режиму горных работ. Однако обеспечить его в условиях ЛВО весьма проблематично. Поэтому расчет принятого экономического показателя следует осуществлять, учитывая временную динамику объемов добычи и вскрыши при различном количестве звеньев оборудования. Для условий ранее приведенного примера выполнены расчеты величин ЧДД, объема инвестиций, времени ЛВО и восстановления добычной рабочей зоны в зависимости от количества звеньев вскрышного оборудования. Результаты представлены на рис. 3. Характер соответствующих зависимостей показывает, что чем меньше время восстановления добычной рабочей зоны, тем более эффективны работы по ЛВО, несмотря на рост инвестиций. Вместе с тем, для их минимизации необходимы технологические решения, позволяющие дополнительно сократить время восстановления добычной зоны карьера.

С этой целью предложено объем ЛВО разделить на две части (рис. 4). При этом линия мр определяет положение рабочей зоны с проектными параметрами после ЛВО. Разделяющая объем ЛВО линия выходит из точки .5, определяющей положение дна карьера в момент завершения ЛВО. Размер /Ь равен ширине панели необходимой для расстановки оборудования. Ее параметры рассчитывают по формуле (12). Контур Лсоерэ ограничивает объем, отрабаты-

ваемый при опережающей выемке (ООВ), а контур (¡¡яг - оставшийся объем ЛВО, вынимаемый до проектных границ карьера (объем доработки ЛВО).

Объем опережающей выемки интенсивно отрабатывают в первые годы ЛВО для создания добычной зоны с проектными параметрами. При этом должно выполняться условие ИР>И0. После этого интенсивность горных работ внутри ООВ соответствует проектным темпам углубки, а высвободившееся оборудование направляют на доработку объема ЛВО.

й 7 8 9 10 11

¡Т'

Количество вскрышных звеньев

Рис. 3. Зависимость величины ЧДД (1), объема инвестиций (2), времени ЛВО (3) и восстановления добычной рабочей зоны (4) от количества звеньев вскрышного оборудования при ЛВО по общепринятой технологии

Рис. 4. Схема к расчету объема опережающей выемки ЛВО

В результате численных исследований установлено, что при данной технологии увеличение количества оборудования не обеспечивает соответствующее улучшение экономических показателей (рис. 5).

vp б ООО

я 4 ООО

2 000

й 7 8 9 10 II

о

Количество вскрышных звеньев

Рис. 5. Зависимость величины ЧДЦ (1), объема инвестиций (2), времени ЛВО

(3) и восстановления добычной рабочей зоны (4) от количества звеньев вскрышного оборудования при технологии горных работ с выделением ООВ

Это связано с тем, что время восстановления добычной зоны, а, следовательно, и производительности по руде в конкурирующих вариантах практически равны между собой при различном уровне инвестиций. То есть для каждого конкретного случая на карьере можно определить оптимальный вариант ЛВО при ведении работ по технологии с выделением объема опережающей выемки.

С целью обеспечения возможности использования полученных результатов применительно к условиям других месторождений, а также для прогнозирования динамики ликвидации вскрышного отставания, результаты исследований, представленные выше, приведены в относительном виде. Для этого введена величина относительного времени ликвидации вскрышного отставания ШЛВо, вычисляемая по формулам

dtmo =-^.100% h

ИЛИ dt^ =

tn

(8)

где t, - время ликвидации вскрышного отставания в г'-ом варианте количества звеньев вскрышного оборудования, лет; t0 - время доработки запасов месторождения, лет.

Затем, провели исследования Изменения dtjiso в зависимости от объема накопленной вскрыши и количества звеньев вскрышного оборудования, дополнительно вводимого во время ликвидации вскрышного отставания

dtj/до tso), (9)

где dN3 - относительное увеличение количества звеньев вскрышного оборудования, %; teo - время вскрышного отставания (время необходимое для отработки объема вскрышного отставания при плановой производительности карьера по вскрыше), лет.

Значения dN3 и teo вычисляли по формулам

¿v.

пп

К

L=T>

■100%;

(10) (П)

где п,. - количество звеньев вскрышного оборудования при /-ом варианте ликвидации вскрышного отставания; по - количество звеньев вскрышного оборудования, применяемое на карьере до начала ликвидации вскрышного отставания; ¥ео - объем вскрышного отставания на карьере, м3; А„ - плановая (при нормальном развитии горных работ) производительность карьера по вскрыше, м3/год.

Результаты соответствующих исследований представлены в виде графиков на рис. 6.

70

^ 60 0s

О ш с;

£ 50

40

30

Vv \ 4 \

1 \ \ 1

\ Л w \ V \

\ \ N \ V * N \ N \ 1

Л i_ ^ N V X

20 40 60 80 100 120

dN3,%

Рис.6. Влияние относительного количества звеньев вскрышного оборудования (dN}), дополнительно вводимого для ликвидации вскрышного отставания на его относительное время (clijEo), в зависимости от времени вскрышного отставания (teo): 1 - 1 год; 2-2 года; 3-3 года; 4-5 лет; 5-7 лет.

Как видно из графиков на рис. 6 зависимость относительного времени ликвидации вскрышного отставания от относительного увеличения количества звеньев вскрышного оборудования можно описать полиномом второго порядка

tnm = a(dN])2 - b(dNj) +с, (12)

где а, Ъ, с - эмпирические коэффициенты, зависящие от времени вскрышного отставания (/„„).

Зависимость Ллво от времени вскрышного отставания и дополнительно вводимых звеньев вскрышного оборудования описывается уравнением

ЛМо = 76,88+( 0,012-Гео-°-44>-а^ 2-(0,024-Г„о2 - 0,2+ 1,75)-сйУ3 +7,14-г6С). (13)

Анализ полученных результатов (рис.6) позволяет утверждать о том, что увеличение количества звеньев оборудования при ликвидации вскрышного отставания на 10% приводит к соответствующему уменьшению его времени на 6-12%, а количество дополнительного оборудования для ликвидации вскрышного отставания необходимо увеличивать не менее чем на 20-30%. В то же время, при относительно небольшом отставании, дополнительное увеличение количества звеньев вскрышного оборудования более чем на 50% нецелесообразно.

Проведенные исследования позволяют рекомендовать формулы для расчета времени ликвидации вскрышного отставания и необходимого для этого количества звеньев вскрышного оборудования, зная время вскрышного отставания (¡в0), время доработки запасов (?в) и количество звеньев вскрышного оборудования, имеющегося на карьере до начала ликвидации вскрышного отставания (п0) для условий любого карьера

, _ го • ^лво . /14\

,лво 100 ' ^ ' (¡М

„=„.(1 + —5-). (15)

0 100

Таким образом, предложенная технология горных работ при ЛВО позволяет:

- создать проектные параметры добычной зоны в несколько раз быстрее, чем при ЛВО по общепринятой технологии;

- выполнять горные работы с минимальными затратами;

- вести добычные работы на всей площади рудной залежи.

Полученные зависимости позволяют определить объем и время ликвидации вскрышного отставания.

Вышеизложенное является доказательством первого научного положения.

Как показал анализ литературных источников, на современных карьерах часты случаи образования вскрышного отставания по тем или иным причинам. В связи с этим необходимы рекомендации о том, где и каким образом можно оставлять объемы вскрыши, при которых ЛВО можно осуществить с минимальными затратами и без осложнения технологии и организации производства горных работ.

Основные осложнения при ЛВО чаще всего связаны с подработкой транспортных коммуникаций. В последующем это приводит к необходимости изменения схемы вскрытия, а в ряде случае даже к пересмотру границ карьера. В частности, если объем вскрыши оставить на всей протяженности одного из бортов (рис. 7, а), то это приведет при ЛВО к проходке вскрывающих траншей в местах, не предусмотренных проектом. За счет этого возрастет расстояние транспортирования и главным образом, потребуется вовлечь в разработку дополнительные объемы вскрыши для размещения съездов. Причем, в данной си-

туации речь уже пойдет не о ЛВО, а о коренной реконструкции карьера. С целью исключения таких негативных последствий были проанализированы всевозможные варианты мест консервации вскрышных пород и соответствующие им варианты ЛВО. В результате установлено, что вскрышу целесообразно оставлять в виде целика на одном борту карьера (рис. 8). Но поскольку необходимость консервации вскрыши возникает спонтанно, то место расположения этого целика предопределено максимальной сохранностью сформированной к этому моменту проектной схемы вскрытия карьера. В противном случае (рис. 7, б) при ЛВО ее потребуется изменить.

В любом случае ведение горных работ на таких целиках осложнено стесненными условиями подготовки горизонтов.

Особенно это характерно при отработке целика с использованием нескольких звеньев оборудования. В этом случае особое внимание следует уделять подготовке, обеспечивающей непрерывность работ по разработке и движению транспорта на вскрываемом участке. В результате исследований установлено, что только подготовка горизонтов разрезными котлованами при отработке целика обеспечит выполнение названных условий.

Котлован следует закладывать в направлении продолжения существующего съезда на разрабатываемый горизонт. В период сооружения котлована транспорт объезжает его с фланга (рис. 9, а). В котлован проходят два съезда, расположенные напротив друг друга, которые обеспечивают движение транспорта после проходки котлована на всю ширину разносимого целика (рис.9, б). Причем один съезд является скользящим и его формируют из взорванных пород. Последовательность дальнейших работ на подготовленном горизонте показана на рис. 9, в.

Исходя из этого, предложена формула для расчета минимальной ширины разносимого целика Вч при работе на его разносе нескольких звеньев оборудования

Вч=Вп 0 +Вп б +2 (Втр+ку^ау)+Вк+Ь6, (16)

где В ко - ширина призмы возможного обрушения уступа, м; Впб - ширина полосы безопасности между временной дорогой и ближайшим рядом скважин на блоке, м; Втр - ширина дороги, м; ¡гу - высота уступа на подготавливаемом горизонте, м; (Ху - угол откоса подготавливаемого уступа, град.; Вк - ширина котлована, м; - ширина бермы безопасности со стороны нерабочего борта, м.

Разработанная технология подготовки горизонтов доказывает реализуемость предлагаемых вариантов организации работ, обеспечивающих заданную интенсивность ЛВО. Причем, применяя данную технологию, можно успешно управлять вскрышным отставанием и его ликвидацией.

а б

Рис. 7. Разнос ВНЕ с изменением проектной схемы вскрытия и границ карьера: 1 —проектная трасса карьера; 2 — съезды, непредусмотренные проектом; 3 — подвигание горных работ на ВНБ

11

Рис. 8. Порядок формирования (а) и разноса (б) ВНБ в карьере: 1 -проектная трасса карьера

Рис. 9.Схема подготовки горизонтов при ЛВО: 1 - постоянный съезд;

2 - скользящий съезд; 3 - карьерные дороги; 4 - буровой блок;

5 - экскаваторный блок; 6 - разрезной котлован

Вышеизложенное является доказательством второго научного положения.

Работы по ЛВО также осложняются тем, что взрывные работы при расконсервации временно нерабочих бортов приводят к сбросу взорванной пустой породы на добычные уступы по всей длине взрываемого блока. В результате сокращается площадь добычной зоны карьера, руда разубоживается породой, а при ее зачистке теряется. Как следствие, растут затраты на добычу и переработку руды.

Для увеличения интенсивности ЛВО, как это было доказано выше, необходимо взрывные работы проводить на ВНБ в строго заданные сроки и на запланированных участках независимо от привходящих обстоятельств. В это же время, на нижних уступах карьера ведут добычные работы. Для исключения попадания разрушенной породы в рудные забои, взрывные работы при ЛВО необходимо выполнять после выемки руды на нижележащих участках. Последнее приведет к снижению темпа разноса ВНБ, а, следовательно, к ухудшению экономических показателей ЛВО. Во избежание этого необходимо уменьшать ширину развала, а также компоновать его в пределах специально выделенной зоны на нижнем горизонте.

С этой целью предложено на нижнем горизонте оставлять площадку для размещения осыпающейся породы (рис. 10). Причем, по мере ее накопления и

понижения горных работ взрывные работы на нижних горизонтах можно будет проводить с подпорной стенкой.

Навал из осыпавшейся породы (подпорная стенка) отрабатывают совместно с разносимыми уступами ВНЕ. После этого улавливающую площадку зачищают от остатков породы, обуривают и взрывают. При этом объем сброса на добычные уступы будет полностью представлен рудой. Таким образом, применение улавливающей площадки с необходимыми размерами позволяет исключить взаимозависимость добычных работ и работ но ЛВО.

на уступе

Котлован

Объем сброса

Рудная залежь

Ширина!Призма возможного навалу у "А обрушения

Развал взорванной породы

Участок разноса целика

Навал из осыпавшейся

породы

Предохранительный

Рис. 10. Схема формирования навала на улавливающей площадке

Для аналитического определения ширины улавливающей площадки необходимо учитывать высоту и угол временно нерабочего борта, объем сброса породы и ширину призмы возможного обрушения на уступе площадки. В случае, когда борт карьера имеет ломаную форму с различными по высоте и ширине уступами и бермами, установление параметров улавливающей площадки проводят, используя метод итераций, сравнивая расчетный объем развала на улавливающей площадке с расчетным суммарным объемом сброшенных пород при отработке заданного количества верхних уступов.

Все вышесказанное является доказательством третьего научного положения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, изложены научно обоснованные технологические решения по определению параметров технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах, разрабатывающих вытянутые крутопадающие месторождения, включающие последовательность ведения горных работ при опережающей выемке части временного нерабочего борта и размещение улавливающей площадки на участке ликвидации вскрышного отставания для обеспечения добычи требуемых

объемов руды, обеспечивающие экономическую эффективность за счет минимизации затрат при восстановлении добычной рабочей зоны карьера и имеющие существенное значение для горнодобывающей отрасли экономики страны.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации состоят в следующем.

1. Определены условия наличия вскрышного отставания на карьере (угол откоса рабочего борта превышает проектное значение) и окончания работ по его ликвидации (угол откоса рабочего борта равен проектному значению). Данные условия позволяют оценить реальное состояние карьера, что дает возможность принять необходимые меры в случае получения неудовлетворительных результатов. Также установлено, что ликвидация вскрышного отставания часто связана с нарушением проектного порядка разработки месторождения.

2. Предложена методика расчета объема ликвидации вскрышного отставания, позволяющая определить возможные варианты периода и глубины окончания ликвидации вскрышного отставания в карьере. Выбор наиболее экономически эффективного варианта предложено проводить на основании максимального значения чистого дисконтированного дохода. Конкурирующие варианты ликвидации вскрышного отставания имеют минимальные значения периода создания добычной рабочей зоны карьера с проектными параметрами.

3. Предложена технология горных работ, которая предусматривает ликвидацию вскрышного отставания выполнять с выделением объема опережающей выемки и объема доработки. Данная технология позволяет равномерно распределить выемку объема ликвидации вскрышного отставания во времени и разрабатывать его с минимально возможной производительностью по вскрыше и минимальными затратами.

4. Обоснован принцип, которым следует руководствоваться при возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше. В этом случае необходимо сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания.

5. Доказано, что уменьшить взаимовлияние добычных работ и работ но ликвидации вскрышного отставания возможно за счет создания на нижнем горизонте карьера широкой улавливающей площадки, размеры которой достаточны, чтобы разместить объем сброса породы с верхних уступов и подпорную стенку для нижних уступов.

6. Разработана технология подготовки горизонтов, позволяющая исключить вынужденные простои оборудования, связанные со стесненными условиями труда при отработке участков ВНБ. Параметры этих участков необходимо рассчитывать из условия размещения требуемого количества оборудования, транспортных коммуникаций и опасных зон при производстве взрывных работ.

7. Апробация полученных результатов диссертационной работы на карьере Кия-Щалтырского нефелинового рудника позволила обосновать последовательность разноса законсервированных уступов карьера и обеспечить проектную производительность карьера по руде в условиях ликвидации вскрышного

отставания. Расчетный экономический эффект от внедрения указанных мероприятий, в ценах 2007 года, составил 3,5 млн. руб.

Основные положения диссертации опубликованы

в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Черепанов, Е.В. Исследование заваленности рабочей зоны при поэтапном ведении горных работ на карьерах/А.И. Косолапов, Ю.А. Килин, И.И. Вашлаев, Е.В. Черепанов//Горный информационно-аналитический бюллетень -М., МГГУ, 2006, №3. - С. 210-212.

2. Черепанов, Е.В. Определение сейсмобезопасных параметров массовых взрывов для условий Мазульскаго карьера /А.И. Косолапов, Ю.А. Килин, И.И. Вашлаев, Е.В. Черепанов//Горный информационно-аналитический бюллетень -М., МГГУ, 2005, № 6. - С. 120-124.

3. Черепанов, Е.В. Обоснование технологии горных работ на рудных карьерах имеющих отставание по вскрыше/Е.В. Черепанов//Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Ре-шетнева - Красноярск, СибГАУ, 2006. Вып. 5(12). - С. 267-270.

а также в других изданиях:

4. Черепанов, Е.В. Стабилизация качества руды при отработке вытянутых крутопадающих месторождений/Е.В. Черепанов, A.M. Тодинов/Шроблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: Сборник научных трудов. -Иркутск, ИрГТУ, 2004, выпуск 4. - С. 58-60.

5. Черепанов, Е.В. Анализ особенностей открытой разработки рудных месторождений в современных условиях/Е.В.Черепанов, В.К. Совмен, А.И. Ко-солапов//Современные технологии освоения минеральных ресурсов: Сборник научных трудов. Вып. 3. ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ». - Красноярск, 2005,- С.147-152.

6. Черепанов, Е.В. Причины и способы ликвидации отставания вскрышных работ на рудных карьерах/Е.В. Черепанов, А.И. Косолапов, В.К. Со-вменЮкономика природопользования: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза, 2005. - С.62-65.

7. Черепанов, Е.В. Проблемы и технические решения при поэтапном развитии карьера «Восточный»/В.К. Совмен, А.И. Косолапов, Ю.В. Ромашкин, Е.В. Черепанов//Эффективные инновационные решения в геотехнологии. Сборник научных трудов Международ, научно-практической конференции. ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ». - Красноярск, 2005. - С.67-72.

8. Черепанов, Е.В. Исследование динамики высоты рабочей зоны при ликвидации отставания вскрышных работ/Е.В. Черепанов//Совершенствование технологий производства цветных металлов: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ». - Красноярск, 2005. - С. 48-50.

9. Черепанов, Е.В. Определение периода ликвидации отставания вскрышных работ при формировании временно нерабочего борта в добычной зоне карьера/Е.В. Черепанов, А.И. Косолапов//Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: сб. материал, международ. науч. практич. конференции. ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ». - Красноярск, 2006. -С. 94-97.

Подписано в печать /3 • *1 ■ 3- 0 0<? г Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Печ. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Черепанов, Евгений Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Понятие и причины отставания вскрышных работ в карьере.

1.2. Анализ современного состояния научно-методической базы по ликвидации вскрышного отставания на карьерах.

1.3. Цель, задачи и методы исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА ГОРНЫХ РАБОТ В ПЕРИОД ЛИКВИДАЦИИ ВСКРЫШНОГО ОТСТАВАНИЯ.

2.1. Условия проведения ликвидации вскрышного отставания.

2.2. Исследование объемов горных работ при ликвидации вскрышного отставания.

2.3. Методика экономической оценки вариантов ликвидации вскрышного отставания.

2.4. Исследование факторов, определяющих эффективность ликвидации вскрышного отставания.

2.5. Выводы.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ.

ВСКРЫШНОГО ОТСТАВАНИЯ НА КАРЬЕРАХ.

3.1. Обоснование технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания.

3.2. Обоснование параметров участка для опережающей выемки.

3.3. Влияние капитальной схемы вскрытия карьера на ведение горных работ при ликвидации вскрышного отставания.

3.4. Влияние сброса взорванной породы на производство горных работ в карьере.

3.5. Выводы.

4. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ КИЯ-ШАЛТЫРСКОГО КАРЬЕРА.

4.1. Краткая характеристика Кия-Шалтырского нефелинового рудника

4.2. Оценка параметров вскрышного отставания на Кия-Шалтырском карьере.

4.3. Разработка рекомендаций по ликвидации вскрышного отставания на

Кия-Шалтырском карьере.

4.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологии разработки крутопадающих вытянутых месторождений при ликвидации отставания вскрышных работ"

Проблема нормализации работы карьеров, которые находятся в критическом положении вследствие значительного отставания вскрышных работ (вскрышного отставания), всегда присутствовала на предприятиях горнодобывающей промышленности.

Экономический кризис 90-х годов привел к систематическому невыполнению планов вскрышных работ и стихийному созданию временно нерабочих участков в карьерах. Например на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике к 1999 г. нео выполненный объем вскрыши составил 14,2 млн.м , а на карьерах Криворожского о горно-обогатительного комбината - 64 млн.м . В числе предприятий, на которых были созданы внеплановые временно нерабочие борта из-за вскрышного отставания, можно назвать и Оленегорский, Учалинский, ЮГОК, Сорский, Коршуновский и другие.

За последнее десятилетие обстановка на карьерах улучшилась, однако вопрос удаления вскрыши, законсервированной на карьерах в период экономического спада, до сих пор не потерял своей актуальности. Подобная ситуация характерна для Лучегорского разрезоуправления, где объем вскрышного отставания по карьерам составлял 30 млн.м , для Костомукшского месторождения железной руды — 5,5 о "3 млн.м , Центрального ГОКа (Кривой Рог) - 100 млн.м , рудника «Железный» Ков-дорского ГОКа - 1,8 млн.м3, разреза «Ангренский» (Узбекистан) - 54 млн.м3; Стойленского, Качканарского, Сарбайского и других карьеров, которые разрабатывают вытянутые месторождения полезных ископаемых. Для некоторых предприятий эти объемы составляют 5-10 годовых планов производства вскрышных работ.

В настоящее время, при разработке программ выхода предприятий из кризиса возникают значительные трудности, связанные с отсутствием конкретных научных исследований, посвященных ликвидации вскрышного отставания на карьерах. Отсутствие четкой стратегии развития горных работ становится тем фактором, который удерживает инвесторов от вложений в развитие карьеров, на которых необходимо провести ликвидацию вскрышного отставания, при том, что существуют все условия для привлечения на горные предприятия необходимых объемов инвестиций.

Таким образом, обоснование технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах, разрабатывающих вытянутые месторождения полезных ископаемых представляет собой актуальную научно-практическую задачу.

Цель работы — обоснование технологических решений для повышения эффективности отработки месторождений в период ликвидации вскрышного отставания.

Основная идея работы заключается в управлении параметрами рабочей зоны карьера при опережающей разработке части законсервированного борта в период ликвидации вскрышного отставания для обеспечения требуемого объема добычи руды при минимальных затратах средств и времени.

Задачи исследований:

- разработка методики расчета объема и времени ликвидации вскрышного отставания;

- обоснование технологии и производительности горных работ в период ликвидации и управляемого накопления вскрышного отставания;

- исследование влияния сброса в добычную зону взорванных пород с уступов расконсервируемого борта на процесс ликвидации вскрышного отставания.

Защищаемые положения:

- для повышения эффективности разработки месторождения во время ликвидации вскрышного отставания рабочую зону карьера необходимо восстановить до проектных размеров, извлекая такой объем горной массы, в границах которого время выемки руды и вскрыши одинаково, а время восстановления добычной зоны минимально.

- при возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше, следует сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера, с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания. для ограничения взаимного влияния работ по ликвидации вскрышного отставания и добыче руды на подошве нижнего вскрышного уступа необходима улавливающая площадка с размерами, требуемыми для размещения объема сброса породы с верхних вскрышных уступов и создания подпорной стенки, ограждающей сбросы вскрышных пород в добычную зону.

Научная новизна работы заключается:

-в обосновании полиноминальной зависимости второго порядка между временем ликвидации вскрышного отставания и количеством звеньев оборудования с заданной его производительностью;

-в выявлении того, что увеличение на 10% количества звеньев оборудования при ликвидации вскрышного отставания приводит к соответствующему уменьшению его времени на 6-12%;

-в доказательстве возможности управления процессом накопления вскрышного отставания для обеспечения его последующей ликвидации при добыче требуемых объемов руды.

Методы исследований включают: анализ и обобщение проектной документации, научно-технической литературы, данных производственной практики; аналитическое и горно-геометрическое моделирование с применением программного обеспечения и ЭВМ; метод технико-экономического анализа. Личный вклад автора заключается:

-в анализе опыта работы карьеров в условиях ликвидации вскрышного отставания и поэтапной разработки месторождений;

-в разработке методики расчета объемов и времени ликвидации вскрышного отставания;

-в обосновании технологии горных работ для ликвидации и управляемого накопления вскрышного отставания;

-в исследовании влияния сброса взорванных пород с уступов расконсервируемого борта в добычную зону и разработке методики обоснования места и размеров улавливающей площадки;

-в проведении численных исследований, влияния времени ликвидации вскрышного отставания на эффективность работы карьера.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением апробированных научных методов исследований, а также сопоставимостью полученных с их помощью результатов; применением для оценки экономических критериев, длительное время используемых в рыночных экономических системах; применением графических редакторов ЭВМ для подсчета объемов горных пород.

Отличие от ранее выполненных работ заключается в том, что доказана эффективность применения в период ликвидации вскрышного отставания опережающей выемки части временного нерабочего борта для восстановления добычной рабочей зоны карьера до проектных параметров, а также принципиальная возможность управления вскрышным отставанием с использованием разработанной для этого технологии горных работ.

Практическая ценность работы заключается:

-в методике обоснования размеров рабочей зоны, восстанавливаемой во время ликвидации вскрышного отставания;

-в разработанной технологии горных работ в стесненных условиях, уменьшающей простои оборудования;

-в методике расчета времени ликвидации вскрышного отставания с учетом количества вводимого в этот период оборудования;

-в обосновании мест консервации горных работ при управляемом накоплении вскрышного отставания;

-в установлении параметров и местоположения улавливающей площадки на участке ликвидации вскрышного отставания.

Реализация работы. Результаты проведенных в работе исследований по определению параметров улавливающих площадок и технологии подготовки горизонтов на временно нерабочем борту использованы и приняты к внедрению ОАО «Сибцветметниипроект» при разработке проекта отработки Кия-Шалтырского нефелинового месторождения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Открытые горные работы» СФУ; на Международной научно-практической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2005); на Всероссийской научно-практической конференции «Экономика природопользования» (г. Пенза, 2005); на Международной научно-практической конференции «Эффективные инновационные решения в геотехнологии» (г. Красноярск, 2005); на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенствование технологий производства цветных металлов» (г. Красноярск, 2005); на Международной научно-практической конференции «Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота» (г. Красноярск, 2006).

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 138 страницах машинописного текста, включает 14 таблиц, 46 рисунков, 1 приложение и список использованной литературы из 74 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Черепанов, Евгений Викторович

4.4. Выводы

4.4.1. Разработанный порядок отработки 1Сия-Шалтырского нефелинового месторождения позволяет провести ликвидацию вскрышного отставания в течение 19 лет при создании проектных параметров добычной рабочей зоны за четыре года. Таким образом, проектная производительность по руде достигается на два года раньше, чем по проекту, а создание условий для производства добычных работ по всей площади рудного тела позволяет добывать руду заданного качества. Расчетная интенсивность отработки объема опережающей выемки обеспечивается за счет снижения взаимовлияния добычных работ и работ по ликвидации вскрышного отставания. Для этого необходимо создать улавливающие площадки шириной от 17 до 23 м в северной части карьера вдоль северо-восточного и юго-западного бортов.

4.4.2. Привлечение минимально необходимого количества оборудования на ликвидацию вскрышного отставания позволяет уменьшить объем капитальных затрат и общих расходов на горные работы. В результате, при развитии горных работ по ликвидации вскрышного отставания с учетом разработанных рекомендаций, по сравнению с проектом получен экономический эффект для условий Кия-Шалтырского карьера в размере 422,3 млн. руб.

4.4.3. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что изложенные в диссертационной работе положения и методики можно рекомендовать к применению при разработке планов горных работ, направленных на ликвидацию вскрышного отставания на карьерах отрабатывающих вытянутые месторождения полезных ископаемых.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, изложены научно обоснованные технологические решения по определению параметров технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах, разрабатывающих вытянутые крутопадающие месторождения, включающие последовательность ведения горных работ при опережающей выемке части временного нерабочего борта и размещение улавливающей площадки на участке ликвидации вскрышного отставания для обеспечения добычи требуемых объемов руды, обеспечивающие экономическую эффективность за счет минимизации затрат при восстановлении добычной рабочей зоны карьера и имеющие существенное значение для горнодобывающей отрасли экономики страны.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации состоят в следующем.

1. Определены условия наличия вскрышного отставания на карьере (угол откоса рабочего борта превышает проектное значение) и окончания работ по его ликвидации (угол откоса рабочего борта равен проектному значению). Данные условия позволяют оценить реальное состояние карьера, что дает возможность принять необходимые меры в случае получения неудовлетворительных результатов. Также установлено, что ликвидация вскрышного отставания часто связана с нарушением проектного порядка разработки месторождения.

2. Предложена методика расчета объема ликвидации вскрышного отставания, позволяющая определить возможные варианты периода и глубины окончания ликвидации вскрышного отставания в карьере. Выбор наиболее экономически эффективного варианта предложено проводить на основании максимального значения чистого дисконтированного дохода. Конкурирующие варианты ликвидации вскрышного отставания имеют минимальные значения периода создания добычной рабочей зоны карьера с проектными параметрами.

3. Предложена технология горных работ, которая предусматривает ликвидацию вскрышного отставания выполнять с выделением объема опережающей выемки и объема доработки. Данная технология позволяет равномерно распределить выемку объема ликвидации вскрышного отставания во времени и разрабатывать его с минимально возможной производительностью по вскрыше и минимальными затратами.

4. Обоснован принцип, которым следует руководствоваться при возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше. В этом случае необходимо сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания.

5. Доказано, что уменьшить взаимовлияние добычных работ и работ по ликвидации вскрышного отставания возможно за счет создания на нижнем горизонте карьера широкой улавливающей площадки, размеры которой достаточны, чтобы разместить объем сброса породы с верхних уступов и подпорную стенку для нижних уступов.

6. Разработана технология подготовки горизонтов, позволяющая исключить вынужденные простои оборудования, связанные со стесненными условиями труда при отработке участков ВНБ. Параметры этих участков необходимо рассчитывать из условия размещения требуемого количества оборудования, транспортных коммуникаций и опасных зон при производстве взрывных работ.

7. Апробация полученных результатов диссертационной работы на карьере Кия-Шалтырского нефелинового рудника позволила обосновать последовательность разноса законсервированных уступов карьера и обеспечить проектную производительность карьера по руде в условиях ликвидации вскрышного отставания. Расчетный экономический эффект от внедрения указанных мероприятий, в ценах 2007 года, составил 3,5 млн. руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Черепанов, Евгений Викторович, Красноярск

1. Близнюков, В.Г. Методика определения размера отставания вскрышных работ в карьере/Близнюков В.Г., Зайцев И.Н.//Разработка рудных месторождений - 1986, Выпуск 41. - С. 21-25.

2. Арсентьев, А.И. Работа карьеров в условиях дефицита рабочих площадок/Арсентьев А.И., Симарев Н.Н.// Проблемы теории проектирования карьеров. Межвузовский сборник научных трудов. Ленинград, 1988. С. 45-54.

3. Рахимов, В.Р. Отработка месторождений крутыми слоями в условиях отставания вскрышных работ/Рахимов В.Р., Аввакумов А.Л.//Горный журнал. 1997. —№ 7. - С.30-33.

4. Арсентьев, А.И. Определение производительности и границ карьеров/ А.И. Арсентьев. М.: Недра, 1970. 320 с.

5. Донченко Т.В. Обоснование и разработка технологии приведения в рабочее положение временно законсервированных бортов карьера. Автореф. Дисс. канд. техн наук. Санкт-Петербург.: РИЦ СПГГИ. - 2002. -24 с.

6. Донченко, Т.В. Причины формирования временно нерабочих бортов карьера /Донченко Т.В. // Сборник трудов молодых ученых СПГГИ(ТУ). Выпуск 6. Санкт-Петербург, 2001.

7. Донченко, Т.В. Учет комплексности Костомукшского железорудного месторождения при определении направления развития открытых горных работ /Донченко Т.В. // Сборник трудов молодых ученых СПГГИ(ТУ). Выпуск 5. Санкт-Петербург, 1999.

8. Арсентьев, А.И. Законы формирования рабочей зоны карьера/ А.И. Арсентьев. Л.: ЛГИ, 1986. - 54 с.

9. Ржевский, В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ/ В.В. Ржевский М.: Недра, 1980. - 631 с.

10. Мельников, Н.В. Теория и практика открытых разработок/ Н.В. Мельников., Э.И. Реентович, Б.А. Симкин и др. — М.: Недра, 1979. — 636 с.

11. Арсентьев, А.И. Интенсификация горных работ в карьерах/ А.И. Арсентьев. М.: Недра, 1965. - 280 с.

12. Новожилов, М.Г. Высокопроизводительные глубокие карьеры/ М.Г. Новожилов. М.: Недра, 1984. - 188 с.

13. Колонюк А.А. Обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов карьеров. Автореф. Дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск - 2005. - 19 с.

14. Вокин В.Н. Обоснование технологических параметров временно нерабочих бортов карьеров. Автореф. Дисс. канд. техн наук. Красноярск. -2001,- 22 с.

15. Косолапов, А.И. Причины и способы ликвидации вскрышных работ на рудных карьерах /Косолапов А.И., Совмен В.К., Черепанов Е.В. // Экономика природопользования: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. — Пенза, 2005. С. 62-65.

16. Держпрпромнагляд Укра'ши Электронный ресурс.: официальный сайт. — Режим доступа к сайту: http: // dnop.kiev.ua/index.php

17. Разработка календарного плана и технологии горных работ на период до 2008 года для отработки Кия-Шалтырского нефелинового рудника: отчет о НИР/КГАЦМиЗ; рук. А.И. Косолапов; исполн.: В.Н. Синьчковский и др.. — Красноярск, 1999. 53 с.

18. Кумачев, К.А. Проектирование железорудных карьеров/ К.А. Кума-чев, Майминд В.Я. М.: Недра, 1981. - 464 с.

19. Ржевский, В.В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В двух частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация/ В.В. Ржевский. 4-е изд. Перераб. и доп. М.: Недра, 1985. - 549 с.

20. Итаров, Ю.К., Взрывная технология разработки нагорных месторождений крутыми слоями/Итаров Ю.К., Кутузов Б.Н. // Горный журнал.-1991. — №2. -С.14-16.

21. Линев, В.П. Определение параметров рабочей зоны карьера с участками временно нерабочего борта/Линев В.П.// Горный журнал-1986 № 5— С.15-17.

22. Линев, В.П. Определение производительности действующего карьера при наличии в рабочей зоне участков временно нерабочего борта/Линев

23. B.П. // Горныйжурнал-1987-№ 3.-С.17-19.

24. Оводенко, Б.К. Развитие горных работ на временно нерабочем бор-ту/Оводенко Б.К., Решетняк С.П., Кампель Ф.Б. // Горный журнал.-1981. -№1.1. C.31-32.

25. Бабаянц, Г.М. Формирование постоянных и временно нерабочих бортов глубоких карьеров /Бабаянц Г.М. // Горный журнал.-1989. -№12.- С.17-18.

26. Селянин, В.Г. Интенсификация горных работ в глубоких карьерах/

27. B.Г. Селянин. М.: Недра, 1977. - 192 с.

28. Галкин, В.А. Проектирование горных работ при формировании карьерного пространства зонами концентрации/ В.А. Галкин, В.Н. Сидоренко,

29. C.Е. Гавришев, А.Н.Носов. Магнитогорск: МГМИ, 1991. - 57 с.

30. Оводенко, Б.К. Управление горными работами на карьерах/ Б.К. Оводенко. М.: Недра, 1978. - 192 с.

31. Оводенко, Б.К. Временные нерабочие борта в карьерах/ Б.К. Оводенко, С.С. Аршинов. Л.: Наука, 1977. 118 с.

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

33. Четыркин, Е. М. Финансовый анализ производственных инвестиций/ Е. М. Четыркин. М.: Дело, 1998. - 256 с.

34. Астахов, А.С. Экономика разведки, добычи и переработки полезных ископаемых (геоэкономика)/ А.С. Астахов. М.: Недра, 1991. - 316 с.

35. Хохряков, B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных работ/ B.C. Хохряков. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1996.- 180 с.

36. Хохряков, B.C. Проектирование карьеров/ B.C. Хохряков. — М.: Недра, 1992.-383 с.

37. Мельников, Н.В. Теория и практика открытых разработок / Н.В. Мельников, Э.И. Реентович, Б.А. Симкин и др.; под ред. Н.В. Мельникова. -М.: Недра, 1979.-636 с.

38. Дороненко, Е.П. Рекультивация земель, нарушенных открытыми разработками/ Е.П. Дороненко. М.: Недра, 1979. - 263 с.

39. Репин, Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород на угольных разрезах/ Н.Я. Репин. М.: Недра, 1978. - 256 с.

40. Полищук, А.К. Оптимизация развития открытых горных работ/ А.К. Полищук, Г.К.Полищук, А.М.Михайлов. М.: Недра, 1976. - 159 с.

41. Певзнер, М.Е. Горное дело и охрана окружающей среды, А.А.Малышев, А.Д.Мельков, В.П.Ушань. М.: МГГУ, 2000. - 300 с.

42. Федеральный закон РФ № 32 «О недрах» от 10.02.1999 г.

43. Закон № 5076-1 «Об охране окружающей природной среды» от 02.06.1993 г.

44. Хохряков, B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных работ /B.C. Хохряков. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1996 — 180 с.

45. Отраслевая методика расчета количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями по добыче и переработке угля. Пермь: ВНИИОСуголь, 1989.-42 с.

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

47. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 03-498-02). Серия 03. Выпуск 22 /Колл. Авт. М.: ГУЛ «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. - 152 с.

48. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ 13-40701). Серия 13. Выпуск 1/Колл. авт. 2-е изд. испр. и доп. М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002. — 252 с.

49. Трубецкой, К.Н. Открытые горные работы. Справочник / К.Н. Трубецкой и др. М. Горное бюро, 1994. 590 с.

50. Арсентьев, А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей /А.И. Арсентьев. М., Недра, 1981. 278 с.

51. Ташкинов, А.С. Проектирование взрывных работ: Учебное пособие /А.С. Ташкинов. Кемерово: Из-во КузПИ, 1982. - 108 с.

52. Косолапов, А.И. Исследование заваленности рабочей зоны при поэтапном ведении горных работ на карьерах /Косолапов А.И., Килин Ю.А., Вашлаев И.И., Черепанов Е.В. // Горный информационно-аналитический бюллетень М.: МГГУ, 2006. -№3. - С. 210-212.

53. Андросов, А.Д. Развитие технологии реконструкции глубоких карьеров Якутии/ А.Д. Андросов. Новосибирск: Наука СИФ РАН, 1991. — 103 с.

54. Фелоненко, М.А. Схема разноса постоянных бортов глубоких карьеров Кривбасса/ М.А. Фелоненко, В.М. Ратушный // Горный журнал.-1980. -№10.- С.19-21.г

55. Типовой проект ведения буровзрывных работ на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике. ОАО АГК, 2000 г.

56. Новожилов, М.Г. Технологические параметры глубоких карье-ров/М.Г. Новожилов, А.М.Маевский, С.А. Бондарь, А.Ю. Дриженко. — М.: Недра, 1982.- 175 с.

57. Стабилизация качества руды в условиях отставания вскрышных работ на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике: отчет о НИР/КГАЦМиЗ; рук. А.И. Косолапов; исполн.: В.Н. Синьчковский и др.. — Красноярск, 2003.-145 с.

58. Репин, Н.Я. Буровзрывные работы на угольных разреза/ Н.Я. Репин, Богатырев В.П., Буткин В.Д. и др. М.: Недра, 1987. - 254 с.

59. Бурмистров, К.В. Интенсификация горных работ на ограниченных участках рабочей зоны карьеров/Бурмистров К.В., Колонюк А.А. // Освоение месторождений полезных ископаемых: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. -С. 19-24.

60. Бызеев В.К. Перспективы развития горных работ при отработке вскрышных пород на разрезе Ангренский/ Бызеев В.К., Мухитдинов Ш.Р. // Горный вестник Узбекистана.-2005. -№3.- С.64-67.

61. Новожилов, М.Г. Оптимизация параметров высоких уступов при разработке глубоких горизонтов карьеров /Новожилов М.Г., Куценко В.И., Дриженко А.Ю. // Горный журнал.-1983. -№3.- С. 14-19.

62. Ермолин, Ю.Н. Влияние параметров буровзрывных работ на эффективность рудоподготовки при открытой разработке сложноструктурных месторождений/Ермолин Ю.Н., Вагнер В.А., Король М.М.// Горный журнал.-1986. -№3.- С.31-33.

63. Колесников В.Ф. Развитие и обоснование способов и схем вскрытия рабочих горизонтов угольных карьеров. Автореф. Дисс. д-ра техн. наук. -Кемерово.: КузГТУ. 1999. - 43 с.V