Обоснование условий применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня

Кокунин, Роман Владимирович

Автореферат диссертации по теме "Обоснование условий применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня"

На правах рукописи

КОКУНИН РОМАН ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ

БЕСТРАНШЕЙНОГО ВСКРЫТИЯ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПРИРОДНОГО КАМНЯ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель -

доктор технических наук, доцент Бычков Геннадий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, член-корр. РАН Яковлев Виктор Леонтьевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Шарин Владимир Васильевич

Ведущая организация -

ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 26 декабря 2006 года в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при Уральском государственном горном университете по адресу: 620144, г. Екатеринбург, пер. Университетский, 9, зуд. 2142.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уральского государственного горного университета

Автореферат разослан 26 ноября 2006 г.

Ученый секретарь ___

диссертационного совета Багазеев В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В России и на Урале из-за несовершенства транспортных связей добычных забоев с поверхностью и значительных капитальных затрат на строительство вскрывающих выработок сдерживается освоение большого количества разведанных, но не эксплуатирующихся месторождений и проявлений природного камня, которые могут реально использоваться для расширения номенклатуры изделий из камня по цвету й декоративности. Отработка выветрелых вскрышных пород, проходкачтраншей и съездов на карьерах природного камня осуществляется низкими темпами в основном с использованием добычного оборудования. На ввод карьеров с производственной мощностью 5-10 тыс. м3 в год требуется около 30 — 45 млн", руб. капитальных затрат и около 5 лет на строительство вскрывающих выработок. При этом невозможно быстро вскрыть нижележащие горизонты месторождений для получения высококачественных кондиционных блоков. Невозможность при траншейном вскрытии достижения в первые годы строительства и эксплуатации карьера достаточной глубины для добычи блоков высшей категории затягивает срок строительства и ведет к увеличению капитальных затрат.

Даже на стадии закладки опытного карьера в период производства детальной разведки месторождения затраты на строительство вскрывающих выработок для обеспечения транспортной связи с поверхностью достигают 35 - 40 % общих затрат на геологоразведочные работы.

В связи с этим возникла необходимость разработать новые грузотранс-портные связи забоев с поверхностью с использованием для этого различных грузоподъемных машин.

Актуальность темы исследований обусловлена необходимостью дальнейшего совершенствования грузотранспортных связей забоев с поверхностью на небольших по объемам карьерах природного камня.

Объектом исследования в диссертации являются транспортные связи ра'-бочих горизонтов с поверхностью на месторождениях природного камня.

Предметом исследований является бестраншейное вскрытие месторождений природного камня.

Цель работы заключается в разработке оптимальных технологических схем бестраншейного вскрытия месторождений природного камня и повышении их эффективности.

Идея работы заключается в исключении из грузотранспортных связей рабочих горизонтов с поверхностью автомобильного и других видов колесного транспорта на месторождениях природного камня.

Основные задачи исследований:

- исследование способов вскрытия, применяющихся на уральских месторождениях природного камня;

- обоснование возможностей и условий применения бестраншейных схем вскрытия месторождений природного камня;

- изучение технических возможностей грузоподъемных машин, которые могут применяться в грузотранспортных связях рабочих горизонтов с поверхностью на месторождениях природного камня;

установление взаимосвязи параметров грузоподъемных машин с технологическими параметрами систем разработки на добыче блочного камня при бестраншейном вскрытии месторождений.

Методы научных исследований включают в себя: анализ ранее выполненных научных исследований; обобщение отечественного и зарубежного производственного опыта; исследования на ЭВМ; аналитические расчеты и технико-экономический анализ.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Целесообразность применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня определяется горнотехническими условиями разработки и зависит от параметров системы разработки и устойчивости горных пород.

2. Вид грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью при бестраншейном вскрытии месторождения природного камня определяется мощностью залежи и глубиной разработки.

3. Эффективность бестраншейного вскрытия месторождений природного камня возрастает с увеличением производственной мощности карьера по блокам и срока отработки месторождения.

Научная новизна результатов работы состоит в том, что впервые обоснованы:

- условия применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня;

- взаимосвязи основных параметров грузоподъемных машин, применяющихся в бестраншейных схемах вскрытия, с горнотехническими условиями месторождений природного камня и параметрами системы разработки.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается сопоставимостью результатов, полученных аналитическим путем, с данными, полученными с использованием методов математической статистики. Погрешность результатов по аналитическим зависимостям не превышает 5-7 %.

Практическое значение. Внедрение в практической деятельности предприятий по добыче природного камня результатов выполненных исследований позволит:

- ускорить сроки проходки и сократить капитальные затраты на опытные карьеры в период детальной разведки месторождения природного камня;

- сократить период строительства эксплуатационного карьера, ускорить ввод производственных мощностей с уменьшением капитальных затрат на эти цели;

- упростить расконсервацию бортов и уступов при возобновлении добычных работ на карьерах природного камня;

- осуществить переход с траншейного на бестраншейное вскрытие на месторождении природного камня в период эксплуатации с минимальными затратами на горно-капитальные работы.

Личный вклад автора состоит в научном обосновании и разработке основных принципов бестраншейного вскрытия месторождений природного камня с применением для связи рабочих горизонтов с поверхностью серийно выпускающихся промышленностью грузоподъемных машин.

Реализация результатов работы.

Основные научные положения и рекомендации, изложенные в диссертационной работе, использованы при подготовке проекта реконструкции Южно-Файзуллинского месторождения родонита. Результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплине «Геомеханика» для студентов специальности 130403 - «Открытые горные работы» *(ОГР) направления 130400 -«Горное дело».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях по тематике научного, практического и информационного обеспечения добычи и обработки природного камня, организуемых Центром Камня на базе ООО «Экспериментальный завод» (г. Реж) в 2002, 2004, 2006 гг., на Уральской горнопромышленной декаде УГГГА (апрель 2003 г.), на научно-практической конференции «Природный камень в России» на II Международной выставке «Камень-2005» в г. Москве, на пятой (2005 г.) и шестой (2006 г.) Международных научно-технических конференциях «Добыча, обработка и применение природного камня» в Магнитогорском государственном техническом университете.

Публикации. Всего автором опубликовано 21 научная статья, в том числе по теме диссертации -11.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложена на 127 страницах машинописного текста, имеет 30 таблиц, 68 рисунков и список использованной литературы из 88 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Общая характеристика работы

Характерной особенностью разработки месторождений природного камня является относительно небольшая глубина карьеров и незначительный годовой объем добываемой горной массы. В большинстве случаев рабочие горизонты карьеров облицовочного камня вскрыты капитальными траншеями или полутраншеями внутреннего или внешнего заложения. Иногда вскрытие осуществляется полустационарными траншеями внутреннего заложения или скользящими съездами. Крутые траншеи, ранее применяющиеся для вскрытия отдельных месторождений природного камня (на Урале это были Коелгинское и Мрамор-ское месторождения мрамора) в связи со значительным увеличением объемов добываемой горной массы, в настоящее время не применяются.

Связь забоев с поверхностью осуществляется, как правило, с использованием колесных транспортных средств, а уклон траншей и съездов, предназначенных для движения их, должен соответствовать жестким требованиям действующих правил безопасности. В связи с этим для обеспечения заездов на рабо-

чие горизонты требуется выполнение значительного объема горных работ, которые можно вести в основном только с использованием добычного оборудования. Развитие карьеров природного камня происходит медленно, а основные объемы вскрышных работ приходятся на первые годы эксплуатации месторождения. Все это вместе взятое существенно тормозит развитие сырьевой базы для камнеобработки.

Бестраншейное вскрытие характеризуется отсутствием подвижного транспорта на участке «рабочий горизонт - поверхность», а следовательно, и специальных выработок, предназначенных для движения этих транспортных средств - наклонных внешних и внутренних траншей, полутраншей и съездов. Благодаря этому ширина рабочих площадок на горизонтах имеет минимальное значение, обусловленное технологическими особенностями ведения добычных работ. В этом случае значительно сокращаются объемы горно-капитальных и подготовительных работ, капитальные затраты на их осуществление. В то же время увеличиваются затраты на приобретение оборудования, выполняющего ведущую роль в грузотранспортной схеме.

Выполненные нами исследования показали, что на большинстве месторождений природного камня транспортную связь забоев с поверхностью можно осуществить с помощью различных стационарных или полустационарных грузоподъемных машин без заезда транспорта в карьер.

Исследование транспортных связей забоев с поверхностью на карьерах природного камня Урала

Схема вскрытия месторождения природного камня определяется горногеологическими и горнотехническими условиями месторождения и видом грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью.

Характеристика различных видов грузотранспортных связей, которые могут применяться на добыче блочного камня, приведена в табл. I.

Основные расчетные параметры системы разработки при бестраншейном вскрытии

Высота и количество уступов при бестраншейном вскрытии ограничиваются техническими данными грузоподъемной машины:

п р

Инв.у+Ин д. \ 1 1

(1)

и Р

где £ и ~ суммарная высота соответственно вскрышных и добыч-

I ' 1 '

ных уступов, м; пир- количество соответственно вскрышных и добычных уступов; нрк - рабочая высота подъема крюка краном, м.

Виды грузотранспортных связей рабочих горизонтов с поверхностью на добыче блочного камня открытым способом

__Таблица 1

Тип схемы вскрытия Тип оборудования Условия применения грузо-транспортной схемы Ограничивающие фак~ торы

1. Наклонные траншеи, полутраншеи и съезды Автомобили, фронтальные погрузчики Глубина карьера не более 50 м, мощность вскрышных пород до 20 м Уклон транспортных выработок не более 80130 %о

2. Крутые траншеи Специальный клетевой подъемник Угол наклона транспортного борта карьера 20-60° Угол наклона траншеи ограничивается устойчивостью горных пород борта карьера

3. Бестраншейные схемы а) деррик-кран При компактном фронте работ и небольшой скорости продви-гания его, глубина не более 70 м Радиус зоны обслуживания не более 63 м, но может быть увеличен за счет применения тяговых лебедок

б) козловые краны Крутое падение залежи, глубина не более 76 м Мощность месторождения не более 50 м

в) башенные краны Протяженная залежь с устойчивыми вметающими породами глубиной до 100 м Грузовая устойчивость крана и длина стрелы

г) кабельные краны Значительная мощность и протяженность залежи Грузооборот при значительных пролетах и протяженности залежи

д) мостовые краны Комбинированное вскрытие с проходкой траншеи на вскрышной горизонт Мощность месторождения не более 30 м

Предельная глубина карьера определяется исходя из возможностей грузоподъемной машины, м: Нпр <. Нрк. (2)

Длина фронта добычных работ на добычном горизонте определяется количеством располагающихся на нем добычных технологических комплексов и

рассчитывается по выражению, м: = N5 -по к • Ьо ср, (3)

где Л/*.' - количество самостоятельных технологических комплексов, располагающихся на горизонте на момент полного развития на нем горных работ; пок - количество несовмещаемых технологических операций в комплексе; 1оср - средняя длина фронта работ, приходящаяся на одну технологическую операцию, м.

Одним из достоинств бестраншейного вскрытия является возможность сократить до минимума ширину рабочей площадки, что, в конечном счете, приводит к значительному уменьшению объемов вскрышных работ и позволяет в более короткие сроки начать разработку нижележащих рабочих горизонтов карьера. Обработка полученных данных показала, что минимальную ширину рабочей площадки на транспортном горизонте можно приблизительно рассчитать по формуле, м (Я2 = 0,964):

шрп.тш = кт • (1,92 • Ну + 21,2), (4)

где кт - коэффициент зависящий от транспортной связи рабочих площадок с поверхностью.

Значения коэффициента кя в зависимости от вида транспортной связи

Таблица 2

Вид схемы вскрытия Траншейная схема вскрытия с применением автотранспорта Бестраншейная схема вскрытия

Вид движения однополосное движение двухполосное движение -

Грузоподъемность автотранспорта 10-20 т 20-30 т 10-20 т 20-30 т -

Коэффициент кт 0,99-1,0* 1,04-1,07* 1,07-1,11* 1,11-1,18* 0,47-0,55*

* Верхний предел для низкого уступа.

Исследование зависимости технических характеристик грузоподъемных кранов от параметров системы разработки

Длина стрелы деррик-крана определяется исходя из значения максимального радиуса зоны обслуживания, м:

¿с= *тах , (5)

8тагтах

где Отах - максимальный угол наклона стрелы к вертикали, град, а) б)

Рис. 1. Расчет шага перестановки деррик-крана: а) поперек линии фронта работ с шагом 0,8 • Лпа1; б) вдоль линии фронта работ с шагом 0,5 • ; I- деррик-кран; 2 - тяговые лебедки

Максимальный радиус зоны обслуживания, м: Лтах = ^с ' 15°; (6) Минимальный радиус зоны обслуживания, м: = ¿с-вт 82°, (7) где £с - длина стрелы крана, м; 15° и 82° - минимальный и максимальный углы наклона стрелы от вертикали, град.

Эффективная площадь зоны обслуживания деррик-краном, м2: собсл /Л2 п2 ) 360~/?с з-

где 0 3 - угол зоны, не охватываемой обслуживанием крана, град.; /гт,я -максимальный и минимальный радиусы зоны обслуживания, м.

Оптимальный шаг перестановки деррик-крана в пространстве (рис. 1), м:

- при поперечной перестановке: Ьпер - (0,75... 1,0) • Лтах; (9)

- при продольной перестановке:. Ьпер = (0,4...0,7) •/?тах. (10)

Для всех типов кранов должно выполняться условие по минимальной высоте подъема крюка относительно транспортного горизонта, м:

Я л!* " НТ + НГ + НБ + НС, (И)

где Нт - высота транспортного средства, м; Нв - высота подъема груза над транспортным средством из условий техники безопасности, м; Нр- максимальный габаритный размер по высоте транспортируемого груза; Не — длина строп; Нхт — высота, определяемая минимально допустимым запасом хода троса для подъема-опускания груза, м.

Полукозловые и козловые краны с разновысокими опорами за счет разности высоты установки опор можно применять при расконсервации борта карьера или при отработке месторождений, расположенных в горной местности (рис. 2,3).

Рис. 2. Схема вскрытия месторождений природного камня с использованием для транспортной связи козлового крана. 1 - козловой кран; 2 -грузовой автомобиль; 3 -пассажирский лифт для спуска-подъема людей

Дайна пролета крана, м:

СП~Б6Х + Нг-Щ(уг)+Вд +Я1-с?£(П) + Яб2, (12)

где б6л , б61 - безопасные расстояния от оси хода опор крана до верхних бровок соответственно на верхнем и нижнем горизонтах стояния крана, м; Я,, Нг - высота бортов карьера, м; у,, уг - устойчивые конструктивные углы погашения бор-

Ь

тов карьера соответственно под верхней и нижней опорами крана, град; В;> - ширина рабочей площадки на нижнем горизонте, м.

Рис. 3. Бестраншейное вскрытие месторождения природного камня небольшой мощности в горной местности с использованием полукозлового крана: 1 - козловой кран; 2 - грузовой автомобиль

Разность высоты установки опор козлового крана с разновысокими опорами определяется суммарной высотой уступов, находящихся между отметками рельсовых путей, м:

"у

= „Чи- 03)

/=1

Максимальная глубина карьера, м: Нк

ггтах тт

П.К

(14)

В работе рассмотрен вариант грузотранспортной связи с применением башенных кранов с длиной стрелы до 100 м, грузоподъемностью на конце стрелы до 50 тонн (рис. 4). Использование этих кранов возможно на карьерах с любой формой залежи и контура подсчета запасов в устойчивых породах с возможностью отработки месторождения глубиной до 100 м.

Рис. 4. Схема вскрытия месторождений природного камня с использованием башенного крана

Длина стрелы башенного крана определяется максимальным радиусом погрузки Я™*, м:

ЛГ* *ВК + Бб + I {Ш™ +Взгв.;), >1

где Вк- половина ширины тележки крана, м; 2>б - берма безопасности, м; пу н - количество рабочих добычных уступов, отрабатываемых ниже горизонта стояния

крана; Я/™" - ширина минимальной рабочей площадки нау'-м рабочем горизонте; В ж ] - ширина блока запасов готовых к выемке на^-м рабочем уступе. Высота подъема крюка на уровне стояния крана, м:

я£к=я,с+я™п. (16)

к

где Нг с - глубина стояния крана относительно транспортного горизонта, м.

Максимальная высота подъема крюка должна обеспечивать подъем груза с нижнего рабочего горизонта, м:

"ЯГ (17)

Полная мощность отрабатываемого слоя, м:

Нел = НслЛ + На.2 = ¿V/ + . (18)

где пу в, пу м - количество рабочих добычных уступов соответственно выше и

пу.в пу.н

ниже горизонта стояния крана; Нуа, Яу у - суммарная высота уступов

/-1 у=1

соответственно выше и ниже горизонта стояния крана, м.

При отработке месторождений природного камня большой мощности либо при относительно небольшой ширине месторождения, но значительной протяженности фронта работ целесообразно применение кабельных кранов (рис. 5).

Ь.

Ширина зоны обслуживания, м:

ВзлЪВтл+Ббл+Вк, (19)

где Вк - ширина карьера по верху, м; - берма безопасности для автотранспорта, м; Втп - ширина транспортной полосы, м. Расстояние между опорами, м:

¿п ~Во1+Ббх+Вк+Бб2+Во2. (20)

где Бйх и Б$2 " бермы безопасности установки опор крана относительно бортов карьера, м; ВоХ, Ва2 - ширина опор крана, м.

Ввиду конструктивных особенностей мостовые краны не имеют таких опор, как у козловых кранов, поэтому для погрузки блоков в автотранспорт необходимо пройти траншею по вскрышным породам на транспортном горизонте (рис. 6).

. _Ъп _

Рис. 6. Схема вскрытия месторождения природного камня с использованием мостового крана

Ширина бермы транспортного горизонта для мостового крана, м:

Вт.б1>2-Пр+Ьа+Ббхг, (21)

где Яр - радиус разворота автомобиля, м; ¿в - длина автомобиля, м; Бб.а - ширина бермы безопасности для автомобиля, м.

Высота уступа на транспортном горизонте, м:

(22)

Из выполненных исследований следует, что целесообразность применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня определяется горнотехническими условиями разработки и зависит от параметров системы разработки и устойчивости горных пород. В этом заключается сущность первого научного положения.

Грузотранспортные схемы при бестраншейном вскрытии месторождений природного камня

Таблица 3

Типовые схемы грузо-транспортной связи

Условия применения

Компоновочная схема грузо-транспортного комплекса

_Деррик-кран

1. Небольшая мощность карьера по блокам (до 3,0 тыс. м3/год).

2. Высокая концентрация 4 добычных работ

а) одиночный кран

б) передаточная схема из нескольких деррик-кранов в направлении сверху вниз или снизу вверх

1. Небольшая мощность по блокам (до 3,0 тыс. м3/год).

2. Пересеченная местность (горы, ущелья, овраги).

3. Углубочная схема при мощности месторождения, превышающей радиус зоны обслуживания одним краном_

—»

в) размещение нескольких деррик-кранов на бортах карьера

1. Значительная мощность карьера по блокам (более 3,0 тыс. м3/год).

2. Ширина и длина карьера более радиуса зоны обслуживания одним краном

Д.М, 5/С

Козловой кран

а) одиночный кран

1. Крутое падение месторождения. 2. Небольшая производственная мощность карьера (510 тыс. м3/год).

3. Мощность полезной толщи с бермами безопасности менее пролета крана

£Ял,<;7(Ы; г=70...90°

б) система параллельно расположенных кранов

1. Крутое падение полезной толщи.

2. Производственная мощность карьера более 10 тыс. м3/год.

3. Значительная протяженность месторождения

Г - 70...90"

в) передаточная схема из нескольких козловых кранов

1. Значительная производственная мощность.

2. Глубина карьера более предельной на один козловой кран

Ж

ж

£//„ „ > Юм

Полукозловой и козловой кран с разновысокими опорами

а) в условиях пересеченной местности 1. Уклон рельефа местности 170...530 V 2. Мощность полезной толщи с бермами безопасности менее пролета крана ... .1К7] ГП - : у- Я

/= 170...530%,; Я,576 м

б) однобортная отработка карьера группой уступов или расконсервация борта карьера 1. Суммарная высота добычных уступов не превышает возможностей крана. 2. Однобортовая схема отработки рабочих горизонтов

Кабельный кран

Одиночный кран или несколько параллельно действующих кранов 1. Протяженное месторождение. 2. Значительная мощность полезной толщи (более 80 м) Ж V м Й» „ , и« , 1 Ц

1 ИЕЗ !

я.. 5 100 м; 1к> 100 м

Башенный кран

а) одиночный кран 1. Протяженное месторождение. 2. Радиус зоны обслуживания до 100 м. 3. Однобортовая схема отработки рабочих горизонтов ш - Яз.о |

Я,„ < 100л

б) передаточная схема из нескольких кранов 1. Значительная глубина отработки месторождения (более 100 м). 2. Значительная мощность по- -лезной толщи (более 80 м) г 1 - | и

£я„ , > 1 оо.и

Мостовой кран

Одиночный кран 1. Комбинированная схема вскрытия с проходкой въездной траншеи на вскрышной горизонт и бестраншейное вскрытие добычных горизонтов. 2. Мощность месторождения менее пролета крана ■1Н ' 1; -з! 1 ' Ьк > 40 м

Обобщенный анализ параметров грузоподъемного оборудования и системы разработки (табл. 3) показал, что вид грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью при бестраншейном вскрытии месторождения природного камня определяется мощностью залежи и глубиной разработки. В этом состоит сущность второго научного положения.

Методика оценки эффективности бестраншейного вскрытия основана на экономическом сравнении капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с типом грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью.

В 4 главе диссертации приведен расчет объемов горных выработок при траншейном и бестраншейном вскрытии месторождения. Рассмотрены вопросы, связанные с развитием карьерного поля во времени с отчуждением земли под карьер и отвал. Произведена сравнительная оценка энергетической эффективности грузотранспортных связей рабочих горизонтов с поверхностью:

Исследования других авторов показали, что КПД автомобильного транспорта при работе на подъем горной массы из карьера составляет 6,5 - 7,5 %, а в настоящей работе рассчитано, что КПД использования грузоподъемных кранов изменяется в пределах 28,5 - 51,5 %.

При расчете экономической эффективности учитываются только факторы, связанные с затратами на осуществление транспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью._

Оценка эффективности бестраншейного вскрытия

траншейного вскрытия с применением автотранспорта и бестраншейного с применением грузоподъемных кранов. График зависимости энергоемкости от глубины карьера и производственной мощности приведен на (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость энергоемкости части цикла, обеспечивающего доставку груза на поверхность, от глубины карьера и производственной мощности

16

и

ю

80,0

1

Производственная мощность карьера по товарным блокам, тыс. м3/год

Производственная мощность карьера по товарным блокам, тыс. м '/год При траншейном вскрытии

I--.. при траншейном вскрытии | ¡-«-при бестраншейном вскрытии]

При бестраншейном вскрытии

Рис. 8. Зависимость капитальных затрат от производственной мощности карьера

Рис. 9. Зависимость срока строительства карьера от производственной мощности

При экономической оценке исследовалась зависимость капитальных и эксплуатационных затрат на строительство карьера от срока эксплуатации месторождения, глубины и производственной мощности карьера.

Исследования показали, что капитальные затраты в большей степени зависят от производственной мощности карьера по товарным блокам (рис. 8). При бестраншейном вскрытии объемы горно-капитальных работ ниже за счет того, что не требуется проходка съездов на рабочие горизонты, а рабочие площадки меньше, чем при траншейном вскрытии, поэтому в этом случае срок строительства карьера существенно меньше (рис. 9).

Тэ = 5 лет

Тэ = 10 лет

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Проектная глубина карьера по запасам, м

Тэ = 20 лет

0 5 . 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Проектная глубина карьера по запасам, м

Тэ = 30 лет

з 2

о

Г;

В 2

Г. Н

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Проектная глубина карьера по запасам, м

Рис. 10. Диаграммы для определения эффективности схем вскрытия месторождений природного камня

Условные обозначения:

"т

ж

1 - весьма эффективно траншейное вскрытие. Относительно низкие капитальные затрать! и себестоимость; 2 - эффективно траншейное вскрытие. При высоких капитальных затратах, окупается более низкой себестоимостью; 3 - эффективно бестраншейное вскрьггие. При высоких капитальных затратах, окупается более низкой себестоимостью; 4 - весьма эффективно бестраншейное вскрьггие. Относительно низкие капитальные затраты и себестоимость.

По результатам расчетов капитальных и эксплуатационных затрат построены диаграммы для определения эффективности применения траншейной и бестраншейной схем вскрытия месторождений природного камня при различных производственных мощностях, сроках эксплуатации и глубинах отработки месторождения (рис. 10).

Исследования показали, что эффективность бестраншейного вскрытия месторождений природного камня возрастает с увеличением производственной мощности карьера по блокам и срока отработки месторождения. В этом заключается сущность третьего научного положения.

Из выполненных исследований следует, что тип грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью на месторождениях природного камня зависит от производственной мощности карьера, срока эксплуатации месторождения, мощности полезной толщи и технических возможностей грузоподъемных машин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований предложена технологическая разработка, заключающаяся в выборе и обосновании условий применения бестраншейного вскрытия месторождений природного камня, имеющая существенное значение для камнеобрабатывающей отрасли страны.

Основные научные и практические результаты настоящего исследования:

1. Исследованиями установлено, что существует определенная совокупность горнотехнических условий: мощности, протяженности, угла падения залежи и устойчивости горных пород - при которых на месторождениях природного камня вместо традиционного траншейного вскрытия более эффективно применение бестраншейных схем связи рабочих горизонтов с поверхностью.

2. Доказано, что для осуществления бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня наиболее предпочтительно использование грузоподъемных машин определенного типа, удовлетворяющих параметрам принятой системы разработки. Изучение технических характеристик грузоподъемных машин позволило подобрать типы машин, которые могут эффективно применяться в грузотранспортных связях рабочих горизонтов с поверхностью на месторождениях с определенными горно-геологическими и горнотехническими условиями и системой разработки на добыче блочного камня.

3. Доказано, что бестраншейное вскрытие месторождений природного камня в период геологоразведочных работ при строительстве опытных карьеров позволяет уменьшить объем горно-капитальных работ более чем в 4 раза, а срок строительства сократить в 3 раза.

4. Установлено, что при производственной мощности блочного карьера более 10 тыс. м1 в год и сроке эксплуатации месторождения более 10 лет при бестраншейном вскрытии объем капитальных затрат и энергоемкость значительно ниже, чем при традиционном траншейном вскрытии.

5. Исследование способов вскрытия, применяющихся на уральских месторождениях природного камня, и условий применения бестраншейных схем вскрытия месторождений природного камня показало, что существуют необхо-

димость и реальные возможности перевода действующих предприятий по добыче природного камня — Сибирского, Исетского и Головыринского гранитных карьеров - на бестраншейную схему вскрытия.

6. Разработана математическая модель для экспресс-анализа экономической эффективности вскрытия и эксплуатации месторождения в зависимости от типа грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью, срока службы и производственной мощности предприятия.

7. Установлено, что с переходом на высокоуступные схемы добычи природного камня, повышением концентрации горных работ в забоях целесообразно перейти на более эффективные бестраншейные схемы вскрытия месторождений с использованием для транспортных связей забоев с поверхностью специальных грузоподъемных машин.

8. Исследованиями доказано, что на месторождениях природного камня с компактным фронтом работ целесообразно применение стационарных грузоподъемных машин — деррик-кранов. Во всех остальных случаях необходимо принимать передвижные грузоподъемные машины - козловые, полукозловые, кабельные, мостовые и башенные краны.

9. Установлено, что при расчете устойчивости уступов и бортов карьера при бестраншейном вскрытии необходимо учитывать не только физико-механические характеристики гордых пород, но и дополнительные нагрузками от подъемно-транспортных машин, обеспечивающих связи рабочих горизонтов с поверхностью.

10. Переход с траншейной на бестраншейную схему вскрытия возможен на любой стадии отработки карьера. Это убедительно доказано на реконструкции Южно-Файзуллинского месторождения родонита. Экономический эффект от перехода на бестраншейную схему вскрытия по Южно-Файзуллинскому месторождению родонша составляет 171,37 млн руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статья, опубликованная в ведущем рецензируемом научном журнале, входящем в перечень ВАК:

Бычков Г.В., Кокунина Л.В., Кокунин Р.В., Сенин JI.H. Сейсмобезопас-ность при независимом действии зарядов ВВ на месторождениях природного камня // Изв. вузов. Горный журнал. - 2006. - № 6. - С. 65 - 72.

Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференции:

1. Бычков Г.В., Кокунина Л.В., Кокунин Р.В. Каменная палитра Среднего и Южного Урала // Состояние, проблемы и перспективы развития сырьевой базы и машиностроения для камнеобрабатывающей промышленности: Сб. научн. тр. 1 Междунар. научно-практической конф. в рамках выставки «Камень - 2004». Москва, 11-12 марта 2004 г. Global EXPO - УГГА. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2004. - С. 13 -22.

2. Бычков Г.В., Кокунина JI.B., Кокунин Р.В. Перспективные технологические схемы добычи блочного камня средней прочности // Ресурсовоспро-изводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: Материалы Третьей Междунар. конференции. Москва - Бишкек, 13-18 сентября 2004 г. - М.: Изд-во Российского университета дружбы народов,

2004.-С. 79-83.

3. Бычков Г.В., Кокунин Р.В., Кокунина Л.В. Рациональные схемы связи забоев с поверхностью и оценка эффективности их при вскрытии месторождений природного камня // Камень вокруг нас. - 2004. - № 8. - С. 18 - 21.

4. Кокунин Р.В. Бестраншейные схемы вскрытия рабочих горизонтов на карьерах природного камня с применением башенных кранов // Добыча, обработка, применение природного камня: Сб. научн. тр. - Магнитогорск: МагГТУ, 2005. - С. 67-71.

5. Кокунин Р.В., Кокунина Л.В. Проходка опытных карьеров с применением козловых кранов при разведке месторождений природного камня // Камень вокруг нас. - 2005. - № 10. - С. 14 - 16.

6. Кокунин Р.В., Рудов C.B. Вскрытие горизонтальных месторождений природного камня с применением козлового крана // Камень вокруг нас. -

2005. -№ 10.-С. 16- 19.

7. Бычков Г. В., Шелест А.Т., Кокунин Р.В. Схемы вскрытия рабочих горизонтов и устойчивость бортов на карьерах природного камня // Известия Уральского государственного горного университета. Вып. 21. Серия: Горное дело: сб. научн. трудов. - Екатеринбург: УГГУ, 2005. - С. 80-87.

8. Кокунин Р.В. Особенности применения бестраншейного вскрытия месторождений природного камня // Добыча, обработка и применение природного камня: Сб. научн. тр. - Магнитогорск: МагГТУ, 2006. - С. 85 - 90.

9. Бычков Г.В., Кокунин Р.В. Новый системный подход к вскрытию месторождений природного камня // Камень вокруг нас. - 2006. - № 12.-С. 20-22.

10. Кокунин Р.В. Вскрытие месторождений природного камня с применением козловых кранов // Известия УГГУ. Специальный выпуск. Материалы Уральской горнопромышленной декады, г. Екатеринбург, 3-13 апреля 2006 г. / Уральский государственный горный университет. - Екатеринбург: Издательство АМБ, 2006. С. 32-33.

Подписано в печать 23.11.2006 г. Бумага писчая. Формат 60x84 1/16. Печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №

Издательство УГГУ, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Уральский государственный горный университет

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кокунин, Роман Владимирович

Общая характеристика работы.

1. Транспортные связи забоев с поверхностью применяющихся на месторождениях природного камня Урала. Направления исследований.

1.1. Краткая хронология формирования схем вскрытия и транспортных связей забоев с поверхностью на месторождениях природного камня Урала.

1.2. Анализ транспортных связей забоев с поверхностью, применяющихся на карьерах природного камня Урала в настоящее время.

1.3. Состояние изученности схем вскрытия и транспортных связей забоев с поверхностью на карьерах природного камня. Направления исследований.

Выводы.

2. Исследование транспортных связей забоев с поверхностью на карьерах природного камня Урала.

2.1. Краткая характеристика транспортных связей забоев с поверхностью.

2.1.1. Транспортные связи при траншейном вскрытии месторождений.

2.1.2. Грузотранспортные связи при вскрытии месторождений крутыми траншеями.

2.1.3. Транспортные связи при бестраншейном вскрытии месторождений природного камня.

2.2. Основные расчетные параметры системы разработки при бестраншейном вскрытии.

2.2.1. Высота и количество уступов и конструктивная высота бортов карьера.

2.2.2. Длина и конфигурация фронта работ на добычном горизонте.

2.3. Ширина рабочей площадки при бестраншейном вскрытии.

2.4. Устойчивость уступов и бортов карьеров, нагруженных грузоподъемным оборудованием.

2.4.1. Схемы с неблагоприятными условиями залегания при Р > р'р, Р = 15 . 65°.

2.4.2. Схема с неблагоприятными условиями залегания при Р > р'р, Р > 65°.

2.5. Промышленная безопасность при бестраншейном вскрытии.

Выводы.

3. Выбор грузоподъемных машин для грузотранспортных связей забоев с поверхностью в зависимости от параметров систем разработки.

3.1. Технические характеристики грузоподъемных машин, которые возможно использовать применяемых при бестраншейном вскрытии месторождений

3.2. Расчет грузоподъемности кранов

3.3. Расчет пролета и длины стрелы грузоподъемных кранов

3.3.1. Деррик-краны.

3.3.2. Полукозловые и козловые краны.

3.3.3. Башенные краны.

3.3.4. Кабельные краны.

3.3.5. Мостовые краны.

3.4. Производительность грузоподъемных машин, используемых в бестраншейных схемах вскрытия.

3.5. Устойчивость стреловых кранов 66 Выводы.

4. Оптимальные схемы бестраншейного вскрытия и расчет их эффективности.

4.1. Бестраншейное вскрытие опытных карьеров.

4.1.1. Варианты грузотранспортных связей при строительстве опытных карьеров с использованием стреловых кранов.

4.1.2. Вариант грузотранспортной связи забоев с поверхностью с использованием козлового крана

4.2. Бестраншейные схемы вскрытия на эксплуатирующихся месторождениях природного камня.

4.2.1. Варианты схем грузотранспортной связи и условия их применения.

4.2.2. Применение бестраншейных схем вскрытия при проектировании разработки Южно-Файзуллинского месторождения родонита.

4.3. Оценка эффективности бестраншейного вскрытия

4.3.1. Расчет объемов горных выработок при траншейном вскрытии месторождения.

4.3.2. Расчет объемов горных выработок при бестраншейном вскрытии месторождения.

4.3.3. Расчет затрат по отчуждению земель.

4.3.4. Оценка энергетической эффективности транспортных связей.

4.3.5. Расчет расхода эксплуатационных материалов и энергии, связанных с доставкой грузов с рабочих горизонтов на поверхность.

4.3.6. Методика расчета экономической эффективности

4.3.6.1. Расчет инвестиций в проект и источники финансирования.

4.3.6.2. Затраты на производство.

4.3.7. Исследование расчетных зависимостей при траншейном и бестраншейном вскрытии месторождений.

4.3.7.1. Зависимость капитальных затрат на строительство карьера от глубины карьера и производственной мощности.

4.3.7.2. Зависимость средних дисконтированных эксплуатационных затрат на 1 м3 блоков

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование условий применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня"

Актуальность темы. В России и на Урале из-за несовершенства транспортных связей добычных забоев с поверхностью и значительных капитальных затрат на строительство вскрывающих выработок сдерживается освоение большого количества разведанных, но не эксплуатирующихся месторождений и проявлений природного камня, которые могут реально использоваться для расширения номенклатуры изделий из камня по цвету и декоративности. Отработка выветрелых вскрышных пород, проходка траншей и съездов на карьерах природного камня осуществляется низкими темпами в основном с использованием добычного оборудования. На ввод карьеров с производственной мощностью 5-10 тыс. м3 в год требуется около 30 - 45 млн. руб. капитальных затрат и около 5 лет на строительство вскрывающих выработок. При этом невозможно быстро вскрыть нижележащие горизонты месторождений для получения высококачественных кондиционных блоков. Невозможность при траншейном вскрытии достижения в первые годы строительства и эксплуатации карьера достаточной глубины для добычи блоков высшей категории затягивает срок строительства и ведет к увеличению капитальных затрат.

Даже на стадии закладки опытного карьера в период производства детальной разведки месторождения затраты на строительство вскрывающих выработок для обеспечения транспортной связи с поверхностью достигают 35 - 40 % общих затрат на геологоразведочные работы.

В связи с этим возникла необходимость разработать новые грузотранспортные связи забоев с поверхностью с использованием для этого различных грузоподъемных машин.

Актуальность темы исследований обусловлена необходимостью дальнейшего совершенствования грузотранспортных связей забоев с поверхностью на небольших по объемам карьерах природного камня.

Объектом исследования в диссертации являются транспортные связи рабочих горизонтов с поверхностью на месторождениях природного камня.

Предметом исследований является бестраншейное вскрытие месторождений природного камня.

Цель работы заключается в разработке оптимальных технологических схем бестраншейного вскрытия месторождений природного камня и повышении их эффективности.

Идея работы заключается в исключении из грузотранспортных связей рабочих горизонтов с поверхностью автомобильного и других видов колесного транспорта на месторождениях природного камня.

Основные задачи исследований:

- исследование способов вскрытия, применяющихся на уральских месторождениях природного камня;

- обоснование возможностей и условий применения бестраншейных схем вскрытия месторождений природного камня;

- изучение технических возможностей грузоподъемных машин, которые могут применяться в грузотранспортных связях рабочих горизонтов с поверхностью на месторождениях природного камня;

- установление взаимосвязи параметров грузоподъемных машин с технологическими параметрами систем разработки на добыче блочного камня при бестраншейном вскрытии месторождений.