Определение параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов

Фауль, Альберт Альбертович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Определение параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов
ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Определение параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов"

На правах рукописи

ФАУЛЬ Альберт Альбертович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы

проектирования горнотехнических систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ДПР 2012

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

005018112

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

Фомин Сергей Игоревич

Официальные оппоненты:

Решетняк Сергей Прокопьевич доктор технических наук, ООО «СПб-Гипрошахт», советник директора

Петров Сергей Николаевич

кандидат технических наук, ООО «Безопасность горных производств. Экспертный центр», генеральный директор

Ведущая организация - ОАО «Гипронеруд».

Защита состоится 11 мая 2012 г. в 17 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.09 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2 (boguslEI@yandex.ru), ауд.1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 10 апреля 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета д-р техн. наук, профессор БОГУСЛАВСКИЙ Э.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Увеличение спроса и потребления качественного щебня, ужесточение требований к его качеству, требуют внедрения на щебеночных предприятиях новейших дробильных комплексов и модернизации технологических схем отработки карьера. Применение лучших образцов передвижных дробильных установок позволяет существенно повысить эффективность применения карьерного транспорта. Передвижные дробильные комплексы могут вводиться в работу для выхода на полную производственную мощность в короткий промежуток времени. Следовательно, одним из перспективных направлений повышения эффективности производства щебня является использование мобильных установок дробления и грохочения.

До настоящего времени, для выбора эффективных комплексов оборудования с использованием мобильных дробильных агрегатов на карьерах нерудных строительных материалов (НСМ), отсутствуют научно обоснованные нормы технологического проектирования, методы определения параметров и показателей открытой разработки месторождений НСМ, рекомендации для принятия обоснованных проектных решений.

Как правило, мобильные дробильные агрегаты и комплексы в проектной документации закладываются как стационарное или полустационарное оборудование с потерей преимуществ мобильности.

В этих условиях разработка новых методов проектирования карьеров по добыче НСМ, обоснование технологических схем ведения горных работ, с использованием мобильных дробильных агрегатов и установление их параметров является актуальной исследовательской задачей.

Цель работы - Обоснование и разработка методов определения параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов, с учетом горнотехнических особенностей использования мобильных дробильных комплексов для производства щебня, позволяющих повысить эффективность и надежность проектных решений.

Идея работы Определение параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных

материалов, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов для производства щебня, должно базироваться на разработанных методах и технологических схемах, обеспечивающих повышение эффективности и достоверности проектных решений.

Основными задачами работы являются:

• Разработка и обоснование технологических схем ведения горных работ на карьерах нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных агрегатов, для типовых элементов норм технологического проектирования карьеров НСМ.

• Анализ чувствительности параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов (НСМ), с использованием мобильных дробильных комплексов.

• Разработка метода определения производительности карьеров НСМ, с учетом спроса на различные фракции щебня, являющиеся конечными продуктами предприятия.

• Обоснование методов определения параметров открытой разработки месторождений НСМ, с использованием мобильных дробильных комплексов.

Научная новизна:

• Выявлена степень влияния параметров и показателей системы разработки на производительность карьера, определённую по установленной зависимости, учитывающей геологические, горнотехнические и организационные факторы использования мобильных дробильных агрегатов для разработки карьеров НСМ. Наибольшее влияние оказывают: коэффициент дробимости, эксплуатационная производительность мобильного дробильно-сортировочного агрегата, время смены, выход готовой продукции, насыпная масса материала, коэффициент использования рабочего времени, количество материла поступающего на последнюю стадию дробления и насыпная масса готовой продукции.

сов. Установлена аналитическая зависимость для определения производительности горно-технической системы экскаватор-мобильный дробильный комплекс для карьеров НСМ по производству щебня.

Основные защищаемые положения:

1. При применении циклично-поточной технологии отработки месторождений нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов (МДК), оптимальная длина фронта работ, приходящаяся на горнотехническую систему Экскаватор-МДК, обеспечивающая повышение эффективности и достоверности проектных решений, должна определяться по установленной параболической зависимости.

2. Использование предложенной классификации технологических схем, включающих мобильные дробильные комплексы, учитывающей горнотехнические особенности месторождений НСМ, позволяет обеспечить повышение рациональности проектных решений.

3. Оптимальная производительность карьера по производству щебня, с использованием мобильных дробильных комплексов, при проектировании открытой разработки месторождений НСМ, должна определяться с учетом спроса по фракциям щебня, по критерию максимума чистой текущей стоимости (NPV), при равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

Методы исследований: Комплексный подход, включающий анализ и обобщение исследований авторов в области проектирования карьеров, технологии и комплексной механизации, обобщение производственной и проектной практики. В качестве основных методов исследований использовались мониторинг технологических процессов карьера; системный анализ структуры, характеристик, свойств технологических комплексов и звеньев карьеров НСМ; математическая статистика; моделирование в программах Datamine studio З, Carlson mining; классические экономические методы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением математического моделирования с использованием персональных компьютеров; обширным привлечением проектных и фактических материалов работы отечественных и зарубежных карьеров-аналогов; использованием информации

о развитии рынков минерального сырья; внедрением результатов исследований в проектирование и планирование горных работ на карьерах.

Практическая значимость работы:

• Разработаны и обоснованы технологические схемы ведения горных работ на карьерах нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных агрегатов для типовых элементов норм технологического проектирования.

• Установлены факторы, оказывающие существенное влияние на производительность карьеров НСМ, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных агрегатов.

• Разработаны основные принципы формирования и область применения технологических схем ведения горных работ на карьерах нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных агрегатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференциях «День горняка и металлурга» (Фрайберг, 2010 г.), «Освоение минеральных ресурсов СЕВЕРА: проблемы и решения» (Воркута, 2010 - 2011 гг.); международных форумах молодых ученых «Проблемы недропользования (Санкт-Петербург, 2010 - 2011), на заседаниях кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Исследования выполнялись в рамках государственного контракта № 02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически безопасных малоотходных способов разработки рудных месторождений открытым способом в сложных гидрогеологических условиях» (шифр заявки «2010-1.1-224-041-019») в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, мероприятие 1.1 - V очередь «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области экологически безопасных разработок месторождений и добычи полезных ископаемых».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получен патент на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 193 страницы, 23 таблицы, 38 рисунков и список литературы из 123 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены и проанализированы особенности открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов (НСМ) с использованием мобильных дробильных агрегатов, представлено современное состояние проблемы определения параметров и показателей при проектировании карьеров НСМ.

Во второй главе рассмотрена структура комплексной механизации на карьерах НСМ при использовании мобильных дробильных комплексов. Проведён анализ процессов внутрикарьерного механического дробления горных пород. Обоснованы технологические схемы открытой разработки месторождений НСМ сиспользованием мобильных дробильных комплексов

В третьей главе приведен анализ чувствительности параметров и показателей карьера на производительность мобильных дробильных комплексов. Представлены методики определения длины фронта работ при разработке месторождений НСМ при конвейерном и автомобильном транспорте. Приведён метод определения оптимальной производительности карьера НСМ, с учетом спроса по фракциям щебня по критерию максимум чистой текущей стоимости (ЫРУ), при равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

В четвертой главе приведены результаты технико-экономического обоснования целесообразности разработки месторождения гранитов с использованием мобильных дробильных комплексов для производства кубовидного щебня.

Теоретической базой работы послужили труды ведущих ученых в области открытой разработки месторождений, методологии проектирования карьеров таких ученых, как М.И.Агошков, Ю.И.Анистратов, А.И.Арсентьев, Ж.В.Бунин, К.Е.Виницкий,

С.Е.Гавришев, В.А.Галкин, А.В.Гальянов, Ф.Г.Грачев, П.И.Городецкий, С.А.Ильин, Ю.Е.Капутин, Ю.Г.Карасев,

B.В.Квитка, В.С.Коваленко, В.Ф.Колесников, С.В.Корнилков, А.Н.Косолапов, Н.А.Мацко, Н.В.Мельников, Н.Н.Мельников, М.Г.Новожилов, А. А.Пешков, В.В.Ржевский, С.ГТ.Решетняк, О.Н.Салманов, П.И.Томаков, К.Н.Трубецкой, В.П.Федорко,

C.И.Фомин, Г.А.Холодняков, В.С.Хохряков, В.Г.Шитарев, О.В.Шпанский, Н.Н.Чаплыгин, Б.П.Юматов, В.Л.Яковлев и др.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

Эффективность работы горнотехнической системы экскава-тор-МДК зависит от длинны фронта работ, изменяющегося при развитии горных работ. Оптимальная длинна фронта работ, приходящаяся на систему экскаватор-МДК, должна обеспечивать установленную производительность системы, минимальную себестоимость добычи. Определение оптимальной длины фронта проведено с учетом обеспечения заданной производительности системы экскаватор-МДК, с соблюдением принятой технологии ведения горных работ и обеспечения минимума себестоимости добычи, для конвейерного и автомобильного транспорта.

Общие удельные затраты на транспортирование горной массы конвейерным транспортом

У.С^, =С/бш + Сут +СЭ +Сск +СПК + СК(Ш +СПЕР К + Спс, (1)

где Склп - удельные капитальные затраты, руб./м3; Суг -увеличение удельных затрат, за счёт снижения производительности системы при отработке торцов заходки, руб./м ; Сэ - удельные энер-

гетические затраты, руб./м3; Сск - удельные затраты на содержание конвейера, руб./м3; Спк - удельные затраты на перемещение забойного конвейера, руб./м3; Скш - удельные затраты на поддержание коммуникаций, руб./м3; СПЕР к - удельные затраты на перемещение коммуникаций, руб./м3; Спс- удельные затраты на перегон системы на новую заходку, руб./м3.

иФ 1111 1 I I I I / N и9 -р-г 1 мм

3 Л <1 ^-пл-

ДЬЗБ ^Б АЦБ

Рис. 1. Схема к определению длинны блока системы экскаватор-МДК при конвейерном транспорте. 1 - Экскаватор; 2 - МДК, 3 - забойный конвейер

При непрерывной функции £С0= /(Хй) экстремум находится в точках, где производная равна нулю. Когда вторая производная /"(х) < 0 - то имеется максимум, а при/"(х) > 0 имеется минимум. В данном случае вторая производная следовательно данная за-

¿4

висимость имеет минимум.

Для определения оптимального значения длины фронта работ при конвейерном транспорте необходимо взять первую производ-нуюи прировнять её к нулю.

ъ4уЦ,:1<1;, + Цтс1т + Ц^к)+Л(33+ЗскУ1кои)+4ЛкСа,(:(\Ж,у+Ь)К-

-4(1,5Л,Я, + Ь)+{3ПК+3,7ЕРК) + 2 СЖ1П

Л!,[2{цлс1д + Цтат + Цкс1к)+(3:>+3ск+3аы)\

где А - ширина заходки экскаватора, м; R4y - радиус черпания экскаватора на уровне стояния, м; Ъ - расстояние от нижней бровки уступа до забойного конвейера, w,tn- время перехода системы на новую заходку. ч; Q( - годовая производительность системы экскава-тор-МДК, м3/год; h - высота уступа, м; Цк - стоимость 1 м коммуникаций, руб.;ЦТ- капитальные затраты на строительство 1 м конвейерного става, руб ~,ЦЛ - стоимость 1 м конвейерной ленты, руб.; К -коэффициент снижения производительности при работе в торце заходки; С'сис- стоимость машино-часа работы системы экскаватор-

МДК, руб.\dK- норма амортизации капитальных затрат на строительство коммуникаций, доли ед.; dT- норма амортизации капитальных затрат на строительство конвейерного става, доли ед.; dn - норма амортизации капитальных затрат на конвейерную ленту, доли ед.; З'э - затраты на электроэнергию, приходящуюся на 1 м конвейерного става, руб.; З'ск- затраты на содержание 1 м конвейерного става, руб.; З'пк- затраты на перемещение 1 м конвейерного става, руб-',3'кш- затраты на перемещение 1 м коммуникаций, руб.;3'ЛЕР1<-- затраты на перемещение 1 м конвейера, руб.

На рис. 2 представлен график зависимости общих удельных затрат от длины фронта работ при конвейерном транспорте. Результаты расчётов по установленным зависимостям показывают, что оптимальное значение длины фронта работ для условий карьеров НСМ, отрабатываемых системой экскаватор-мобильный дробильный комплекс, составляющее 770 - 850 м при конвейерном транспорте и 250 - 270 м - при автомобильном транспорте.

Ьб, м

Рис.2. Зависимость общих удельных затрат от длины фронта работ при конвейерном транспорте

Технологические схемы могут включать в себя использование мобильных дробильно-сортировочных комплексов только первой, или первой и второй, а также первой, второй и третьей стадий дробления, в состав которых могут входить грохота необходимые для сортировки продукции по фракциям. В типовой схеме отдельные машины и механизмы по производительности и параметрам должны быть строго увязаны, наиболее полно удовлетворять требованиям производственного процесса и обеспечить высокие показатели их использования. Для сокращения количества передвижек мобильного дробильно-сортировочного комплекса и сокращения связанных с этим затрат, целесообразно использовать в качестве добычного и по-

грузочного механизма колёсный погрузчик, который будет осуществлять выемку горной массы из разрыхленного массива, а также производить загрузку транспортных сосудов горной породой, которая уже была отсортирована (рис. 3).

Дня производства качественного кубовидного щебня существует необходимость в постоянной равномерной загрузке и распределении раздробленных горных пород после первой стадии дробления в питающем бункере МДА второй и третей стадии дробления.

Рис. 3. Схема разработки горных пород с торцевым расположением (МДК) при использовании экскаватора в качестве погрузочного механизма и погрузчика в качестве добычного механизма. 1 - Экскаватор; 2 - Погрузчик; 3 - Мобильный дробильный комплекс; 5 - Автосамосвал.

Использование более производительного МДА второй или второй и третей стадии дробления, находящихся на нижнем горизонте, с возможностью догрузки его посредством межуступного и ленточного мобильных конвейеров, раздробленная горная масса в которые поступает с вышележащего уступа после дробильного агрегата первой или второй стадии, при одновременной отработке 2-х смежных горизонтов, позволяет получить более высокий выход щебня мелких фракций с увеличением степени кубовидности (рис.

Рис. 4. Схема разработки горных пород с торцевым расположением (МДК) при использовании погрузчика в качестве выемочно-погрузочного и догрузкой дробилки на смежном уступе. 2 - Погрузчик; 3 - Мобильный дробильный агрегат (комплекс); 5 - Автосамосвал; 6 - Мобильный телескописчесий конвейер; 7 -Конвейер передвижной ленточный межуступный.

Анализ данных по эксплуатации МДКпозволилразработать классификацию технологических схем отработки месторождений НСМ, отрабатываемых с использованием МДКдля производства щебня, применение которой в типовых элементах норм технологического проектирования обеспечивает повышение достоверности, оперативности и эффективности проектных решений.

Классификация технологических схем была проведена по следующим признаками: Глубина карьера, годовая производительность, удельные затраты на выполнение основных производственных процессов, высота добычного уступа, количество стадий дробления, тип выемочно-погрузочного оборудования, равномерность загрузки последней стадии дробления (выход готовой продукции).

Выбор вида механизации для карьеров НСМ по производству щебня определяется крепостью разрабатываемых пород, системой разработки, производительностью карьера и степенью соответствия вида механизации поточности производства, совмещения и независимости технологических процессов.На выбор оборудования при формировании структуры комплексной механизации производства

горных работ на карьерах НСМ влияют природные, технологические, топологические, организационные и экономические факторы.

При отработке месторождений НСМ с использованием МДК, для достижения производительности более 2 млн. т/год и глубине карьера более 70 м, целесообразно использовать технологические схемы, основанные на циклично-поточной технологии. Производительность карьера менее 2 млн. т/год при небольшой глубине карьера (менее 50-70 м), могут обеспечить технологические схемы отработки месторождений НСМ с использованием МДК, основанные на цикличной технологии.

Повышение эффективности отработки месторождений НСМ с использованием мобильных дробильных комплексов обеспечивают технологические схемы, основанные на цикличной технологии, с применением фронтальных колёсных погрузчиков и межуступных, мобильных телескопических конвейеров для равномерной загрузки вторичных и последующих стадий дробления на смежном уступе.

3. Оптимальная производительность карьера по производству щебня, с использованием мобильных дробильных комплексов, при проектировании открытой разработки месторождении НСМ, должна определяться с учетом спроса по фракциям щебня по критерию максимум чистой текущей стоимости (КРУ), при равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

Производительность карьера должна определяться с учетом спроса на его продукцию на рынке НСМ. Продолжительность отработки месторождения и непосредственно связанная с ней производительность карьера влияют на конкурентоспособность предприятия, себестоимость щебня. Спрос характеризует взаимосвязь между производительностью карьеров и ценой на щебень. Для определения оптимальной производительности карьеров НСМ с учетом спроса на щебень можно применить принцип предельности: для установления оптимума необходимо сравнить дополнительные издержки, возникающие при увеличении производительности карьера с дополнительно получаемой ценностью от реализации различных фракций щебня. Предельные издержки (ЛЗх /ААР) - это величина на которую должны увеличиться эксплуатационные затраты, чтобы производи-

тельность карьера возросла на единицу. Предельный доход (ДЯеу/ААр) - это величина, на которую изменяется совокупный доход в результате единичного увеличения производительности карьера.

50 45

^ 40

£ 35

ЕЇ

8 зо

5 25

2. 20

3 15

| ю

а. С

0.5 I 1.5 2 2.5 3

Производительность карьера, млн.т

Рис. 6. Зависимость предельных затрат и дохода от производительности карьера

Производительность карьера Апр, соответствующая максимуму прибыли находится в точке, где восходящая ветвь кривой предельных издержек (линия 2) пересекает кривую предельного дохода (линия 3). Цена, которую предприятие может установить на щебень различных фракций определяется высотой кривой спроса (линия О), а не высотой кривой предельного дохода, в точке Апр- соответствующей максимуму прибыли. Удельная прибыль при производитель-

О / /А

ц ' >0. у / /

Удельная 4 прибыль ъ -<~> - / . <Г

....../ Ч г

—Л .3

А- —А-— ¿г Ч / \

Апр и \ Т

ности карьера Апр определяется вертикальным разрывом между кривой спроса (линия Б), характеризующей цену, и кривой удельных совокупных издержек (линия 1).

Оптимальная производительность карьера по производству кубовидного щебня, с использованием мобильных дробильных комплексов, при проектировании открытой разработки месторождений НСМ, должна определяться с учетом спроса по фракциям щебня по критерию максимум чистой текущей стоимости (ОТУ), при равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

Сменная производительностькарьера по производству щебня

мл=-

| N ПЕР Ьп Р 8э

Азах ^У ^БЛ 1

кдУ8кя

_ м3 (3)

У\ 8\

где <2Э - эксплуатационная производительность мобильного дробильно-сортировочного агрегата, м3/ч; ГС1| - продолжительность рабочей смены, ч; ЬБ - длина блока, м;ку- высота уступа, щА:ш -ширина заходки, щЫпш> - количество перестановок комплекса за одну смену, шт.\tngp - время, затрачиваемое на одну перестановку комплекса, ч.;кд- коэффициент дробимости (принимается в зависимости от прочности пород); у - выход готовой продукции (принимается в долях единицы по фактическим данным); <!> - насыпная масса материала, т/м3;/,- количество материла поступающего на последнюю стадию дробления (в долях единицы от исходной горной массы); 8Х - насыпная масса готовой продукции, т/м3.

Чтобы выразить степень влияния различных факторов на производительность карьера, используется коэффициент эластичности, характеризующий степень реагирования функции на степень изменения аргумента. На рис.5 представлена диаграмма результатово-пределения коэффициента эластичности для различных параметров карьера.

120,00 -100,00 -80,00 -60,00 -40,00 • 20,00 -0,00 ■

100,0

100.0 100,0 100,0 100,0

т'г 104,7

,74,-9 -

31,7 -И7"2;™зо:5

-36Д-

С? ^ «¡¡¿» ^ ^ 4 ъ ^ •ь4

Рис. 5. Результаты определения коэффициента эластичности

Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов предлагаемого варианта реализации проекта разработки месторождения гранитовкарьером,с использованием МДК

Эпр = КРУ(Мдск.) - ОТУ(стац), руб. (4)

где ЫРУ(мдск.) - чистая текущая стоимость предлагаемого варианта реализации проекта карьера для разработки месторождения гранитов с использованием МДК, тыс.руб.; ИРУ^тац) - чистая текущая стоимость варианта реализации проекта карьера для разработки месторождения гранитов с использованием стационарного дробиль-но-сортировочного комплекса, тыс.руб.

Эпр = 661455,0 - 524338,0 = 137117,0 тыс.руб.

Анализ результатов технико-экономического обоснования целесообразности разработки месторождения гранитов с использованием МДК для производства кубовидного щебня позволяет оценивать реализацию проекта карьера как высокорентабельную, с умеренным уровнем инвестиционного и проектного риска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования

и разработки методов определения параметров и показателей открытой разработки, с учетом горно-технических особенностей месторождений нерудных строительных материалов (НСМ), отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов (МДК) для производства щебня, обеспечивающих повышение эффективности и достоверности реализации проектных решений.

Основные научные и практические выводы:

1. В результате анализа литературных источников по теории проектирования горно-технических систем, опыта проектирования и разработки карьеров-аналогов, доказана необходимость разработки и совершенствования методов определения параметров и показателей открытой разработки месторождений НСМ, отрабатываемых с использованием МДК для производства щебня.

2. Установлены аналитические зависимости для определения оптимальной длины фронта работ при автомобильном и конвейерном транспорте в условиях карьеров, разрабатывающих месторождения НСМ с использованием МДК.

3. Определено оптимальное значение длины фронта работ для условий карьеров НСМ, отрабатываемых системой экскаватор-мобильный дробильный комплекс, составляющее 770 - 850 м при конвейерном транспорте и 250 - 270 м - при автомобильном транспорте.

4. Выявлена степень влияния параметров и показателей системы разработки на производительность карьера, определённую по установленной зависимости, учитывающей геологические, горнотехнические и организационные факторы использования МДК для разработки карьеров НСМ. Наибольшее влияние оказывают: коэффициент дробимости, эксплуатационная производительность мобильного дробильно-сортировочного агрегата, время смены, выход готовой продукции, насыпная масса материала, коэффициент использования рабочего времени, количество материла поступающего на последнюю стадию дробления, насыпная масса готовой продукции.

5. Обоснован метод определения оптимальной производительности карьера по производству щебня, с учетом спроса по фракциям щебня, по критерию максимум чистой текущей стоимости (NPV), при

равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

6. Доказано, что определение производительности карьеров НСМ с учетом спроса следует проводить по принципу предельности, согласно которому для определения оптимума сравниваются дополнительные издержки, возникающие при увеличении производительности карьера, с ценностью дополнительно полученного объема щебня.

7. Установлена аналитическая зависимость для определения производительности горно-технической системы экскаватор-мобильный дробильный комплекс для карьеров НСМ по производству щебня.

8. Доказано, что выбор вида механизации для карьеров НСМ по производству щебня определяется крепостью разрабатываемых пород, системой разработки, производительностью карьера и степенью соответствия вида механизации поточности производства, совмещения и независимости технологических процессов.

9. Выявлены природные, технологические и экономические факторы, влияющие на выбор оборудования при формировании структуры комплексной механизации производства горных работ на карьерах НСМ.

10. Повышение эффективности отработки месторождений НСМ с использованием МДК обеспечивают технологические схемы, основанные на цикличной технологии, с применением фронтальных колёсных погрузчиков и межуступных, мобильных телескопических конвейеров для равномерной загрузки вторичных и последующих стадий дробления на смежном уступе.

Реализация разработанных методов определения оптимальных параметров и показателей системы открытой разработки, с учетом горно-технических особенностей месторождений НСМ, отрабатываемых с использованием МДК для производства щебня, проведена при проектировании карьера «Гранитный».

Методики и проектные решения, полученные в результате исследований, могут быть внедрены в проектных организациях и на карьерах нерудных строительных материалов, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов для производства кубовидного щебня.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России:

1. Фауль А.А. Повышение эффективности работы комплексов карьерного оборудования // Записки Горного института. Том 186. С-Пб. 2010. с. 86-89.

2. Фауль А.А. Оценка надёжности работы технологических схем с мобильными дробильными комплексами / С.И. Фомин, А.А. Фауль, А.И. Пономарёв // Записки Горного института. Том 190. С-Пб. 2011. с. 51-56.

3. Фауль А.А. Оценка эффективности инвестирования открытой разработки сложноструктурных месторождений / С.И. Фомин, А.А. Фауль, П.Б. Кава // Горный информационно-аналитический бюллетень № 5. Москва. МГТУ. 2011. с. 312-316.

- в остальных изданиях:

4. Фауль А.А. Анализ современных технологий открытой разработки месторождений строительных горных пород / С.И. Фомин, Д.Н. Лигоцкий, А.А. Фауль // Дорожная держава. № 28. С-Пб. 2010. с. 74-79.

5. Фауль А.А. Перспективы применения мобильных дробильных установок на карьерах нерудных строительных материалов / С.И. Фомин, А.А. Фауль // Дорожная держава № 26. С-Пб. 2010. с. 70-72.

6. Faul А.А. The optimal length of the working front with conveyor transport for the mine technical system "excavator - mobile crushing unit" // International University of Resources. Scientific reports on resource issues 2010. Voliume 3. Freiberg. 2010. p. 102-106.

7. Фауль A.A. Определение производительности карьеров нерудных строительных материалов с учётом спроса на кубовидный щебень / С.И. Фомин, В.В. Иванов, А.А. Фауль // Дорожная держава №26. С-Пб. 2010. с. 58-62.

8. Фауль А.А. Оптимизация производственной мощности карьеров нерудных строительных материалов при проектировании с учётом спроса / С.И. Фомин, А.А. Фауль // Сб. Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения. Воркута. 2011. с. 525-529.

РИЦ СПГГУ. 06.04.2012. 3.232 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Фауль, Альберт Альбертович, Санкт-Петербург

61 12-5/2994

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный университет»

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования

горнотехнических систем

На правах рукописи

ФАУЛЬ АЛЬБЕРТ АЛЬБЕРТОВИЧ

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор С.И.Фомин

Санкт-Петербург 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................3

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ....................5

1.1. ЦЕЛЬ, ИДЕЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ...........................................................5

1.2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОТРАБАТЫВАЕМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ....................................................................5

1.3. ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРОВ НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ...........................................35

2. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ НА КАРЬЕРАХ НСМ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ..........................42

2.1. АНАЛИЗ ВНУТРИКАРЬЕРНОГО МЕХАНИЧЕСКОГО ДРОБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД......................................................................................................................................42

2.2. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ВНУТРИКАРБЕРНЫХ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ.............................................................................................49

2.3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НСМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ........................................................................................................................60

3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАРЬЕРА НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ..............87

3.1. ОПТИМАЛЬНАЯ ДЛИНА ФРОНТА РАБОТ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НСМ..........................................................................................................................................87

3.2. АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НСМ..........................................97

3.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ МОЩНОСТИ КАРЬЕРОВ НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЩЕБНЯ...........103

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГРАНИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ...............................................................................................117

4.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ.............................................................................................................117

4.2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ..............................129

4.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГРАНИТОВ............................................................................................................................145

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................................179

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................................182

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных отраслей российской экономики является строительная отрасль. Значительные объёмы жилищного и промышленно-гражданского строительства, а также рост государственных инвестиций в дорожное строительство вызвали необходимость увеличения добычи и переработки основных нерудных материалов: щебня, гравия и песка. Производственные мощности существующих с советских времен стационарных щебеночных комбинатов уже не справляются с запросами рынка, поэтому для увеличения объема производства требуется техническое переоснащение морально устаревшего дробильного оборудования.

Наряду с поставками стационарных дробильно-сортировочных комплексов стал развиваться и рынок мобильного дробильного оборудования. Это обстоятельство позволило включать в процесс разработки небольшие карьеры, отвалы вскрышных пород и месторождения песчано-гравийных смесей, на которых строительство стационарных дробильных заводов ранее было нерентабельно. Мобильность таких дробильно-сортировочных комплексов позволяет быстро менять технологическую схему переработки первичного материала и получать конечные фракции щебня по количеству, качеству и размеру соответствующие запросом заказчика.

Появление на рынке мобильного дробильного оборудования позволило решить и одну из проблем по утилизации строительного мусора и железобетонных конструкций, которая начинает остро вставать в крупных городах и мегаполисах. Возможность получения качественного, но более дешевого вторичного щебня привело к появлению на рынке нового направления - рециклинг или ресайклинг материалов.

Выбор технологии и конкретных моделей оборудования для производства щебня зависит от вида перерабатываемого материала, его абразивности, качества и назначения готового продукта, требуемого процентного отношения

кубовидных зерен, предполагаемой производительности.

Для предприятий по производству щебня особенностью является то, что качество исходной горной породы в забое целиком определяет эффективность её переработки на рабочей площадке. Производственные мощности карьера и дробильного комплекса должны быть увязаны таким образом, чтобы потребность комплекса в исходном сырье полностью удовлетворялась с учетом потерь и отходов при дроблении. Технологическая увязка между технологическими процессами карьера и дробильным комплексом заключается в обеспечении соответствия максимальных размеров кусков породы и приемных отверстий дробилок, а также в обеспечении постоянного гранулометрического состава исходной горной породы, поступающей на переработку.

В зависимости от вида перерабатываемого сырья и требований к готовой продукции технологические схемы производства щебня включают следующие основные операции: щековое, конусное и роторное дробление. В основу данных способов дробления положены принципы «раздавливание, удар и истирание». В отличие от стационарных комплексов мобильные установки монтируются оперативно - в течение нескольких часов. Для их перевозки не требуется значительных трудозатрат, а для эксплуатации достаточно минимума вспомогательного оборудования. Использовать мобильные установки - значит получать дополнительную прибыль (в т. ч. и благодаря использованию снижающих расход топлива более эффективных двигателей и прямого привода), работать более безопасно и эффективно, чем на стационарных комплексах.

Достаточно подсчитать затраты на производство фундаментов, установку опорных металлоконструкций, подъемную технику и рабочую силу (все это необходимые составляющие монтажа стационарных установок), чтобы оценить преимущества мобильных.

Одна мобильная установка (колесная или гусеничная) способна

обслуживать несколько карьеров с объемом производства до 1 млн. т. в год. Кроме того, использование мобильных установок позволяет уменьшить число операторов, необходимых для эксплуатации дробильно-сортировочного комплекса.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

1.1. ЦЕЛЬ, ИДЕЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ Актуальность темы. Увеличение спроса и потребления качественного щебня, ужесточение требований к его качеству, требуют внедрения на щебеночных предприятиях новейших дробильных комплексов и модернизации технологических схем отработки карьера.

Применение лучших образцов передвижных дробильных установок позволяет существенно повысить эффективность применения карьерного транспорта. Передвижные дробильные комплексы могут вводиться в работу в короткий промежуток времени с выходом на полную производственную мощность. Одним из перспективных направлений повышения эффективности производства щебня является использование мобильных установок дробления и грохочения.

До настоящего времени отсутствуют научно обоснованные нормы технологического проектирования, методы определения параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов (НСМ), рекомендации для принятия обоснованных проектных решений по выбору эффективных комплексов оборудования с использованием мобильных дробильных агрегатов на карьерах НСМ.

Консерватизм мышления, опыт и интуиция специалистов не всегда обеспечивают принятие оптимальных проектных решений и их эффективность. Часто мобильные дробильные агрегаты и комплексы в проектной

документации закладываются как стационарное или полустационарное оборудование с потерей преимуществ мобильности.

В этих условиях обоснование и разработка новых методов проектирования карьеров по добыче нерудных строительных материалов (НСМ), обоснование технологических схем ведения горных работ, с использованием мобильных дробильных агрегатов и установление их параметров является актуальной исследовательской задачей.

Идея работы - Определение параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов для производства щебня, должно базироваться на разработанных методах и технологических схемах, обеспечивающих повышение эффективности и достоверности проектных решений.

Основными задачами работы являются:

Научная новизна:

• Выявлена степень влияния параметров и показателей системы разработки на производительность карьера, определённую по установленной зависимости, учитывающей геологические, горнотехнические и организационные факторы использования мобильных дробильных агрегатов для разработки карьеров нерудных строительных материалов. Наибольшее влияние оказывают: коэффициент дробимости, эксплуатационная производительность мобильного дробильно-сортировочного агрегата, время смены, выход готовой продукции, насыпная масса материала, коэффициент использования рабочего времени, количество материла поступающего на последнюю стадию дробления, насыпная масса готовой продукции.

• Установлены параболические зависимости для определения оптимальной длины фронта работ при автомобильном и конвейерном транспорте в условиях карьеров, разрабатывающих месторождения нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов. Установлена аналитическая зависимость для определения производительности горнотехнической системы Экскаватор-мобильный дробильный комплекс для карьеров НСМ по производству щебня.

Методы исследований: Комплексный подход, включающий анализ и обобщение исследований авторов в области проектирования карьеров, технологии и комплексной механизации, обобщение производственной и проектной практики. В качестве основных методов исследований использовались мониторинг технологических процессов карьера; системный анализ структуры, характеристик, свойств технологических комплексов и звеньев карьеров НСМ; математическая статистика; моделирование в программах Datamine studio 3, Carlson mining; классические экономические методы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается применением математического моделирования с использованием персональных компьютеров; обширным привлечением проектных и фактических материалов работы отечественных и зарубежных карьеров-аналогов; использованием информации о развитии рынков минерального сырья; внедрением результатов исследований в проектирование и планирование горных работ на карьерах.

Практическая значимость работы:

• Разработаны основные принципы формирования и область применения технологических комплексов на карьерах нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных агрегатов.

Основные защищаемые положения:

3. Оптимальная производительность карьера по производству щебня, с использованием мобильных дробильных комплексов, при проектировании открытой разработки месторождений НСМ, должна определяться с учетом спроса по фракциям щебня, по критерию максимума чистой текущей стоимости (]МРУ), при равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

Предполагаемое внедрение: при проектировании открытой разработки месторождений НСМ, планировании развития горных работ на

предприятиях по производству щебня из скальных горных пород, в проектной

документации ОАО «Гипронеруд» и других проектных организаций.

Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференциях «День горняка и металлурга» (Фрайберг, 2010 г.), «Освоение минеральных ресурсов СЕВЕРА: проблемы и решения» (Воркута, 2010 - 2011 гг.); международных форумах молодых ученых «Проблемы недропользования (Санкт-Петербург, 2010 - 2011), на заседаниях кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Исследования выполнялись в рамках государственного контракта № 02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически безопасных малоотходных способов разработки рудных месторождений открытым способом в сложных гидрогеологических условиях» (шифр заявки «2010-1.1224-041-019») в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, мероприятие 1.1 - V очередь «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области экологически безопасных разработок месторождений и добычи полезных ископаемых».

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8-и печатных работах , из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получен патент на изобретение. Диссертация состоит из введения,

четырех глав и заключения, содержит 193 страницы, 23 таблицы, 38 рисунков и список литературы из 131 наименования.

1.2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОТРАБАТЫВАЕМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Анализ проблем, выявленных при эксплуатации горно-технологического комплекса по производству щебня на карьере ОАО «Гранит-Кузнечное» и карьеров-аналогов, показывает, что при выборе технических характеристик оборудования следует особое внимание уделять соответствию физико-механических свойств горных пород отрабатываемого месторождения рекомендуемым для комплексов данного типа; об�

Информация о работе

Фауль, Альберт Альбертович
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2012
ВАК 25.00.21

Диссертация

Определение параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы