Управление рабочей зоной глубоких карьеров

сырьевой базы), как правило, ярко выраженные индивидуальные характеристики, ставит вопросы организации дофабричной рудоподготовки в ряд наиболее актуальных для горнодобывающей промышленности. Эта актуальность усиливается и тем, что и сегодня при проектировании предприятий по разработке этих месторождений учет их особенностей как объектов разработки ведется с точки зрения организации процессов обогащения получаемой рудной массы, а технологические вопросы ее добычи решаются (за редким исключением) традиционно. Учитывая, что обогатительный передел в настоящее время является наиболее затратным процессом получения минерального сырья, такой подход вряд ли можно назвать целесообразным.

Таким образом, правомочно, на наш взгляд, сделать заключение, что научное обоснование и разработка принципов формирования технологических схем ведения добычи полезных ископаемых в режиме рудоподготовки является не только проблемой повышения эффективности использования минерально-сырьевой базы одного конкретного предприятия, но и может служить одним из путей решения задачи повышения эффективности работы всей горнодобывающей отрасли страны в сегодняшней сложной экономической ситуации

УДК 661271

С.В.Корнмлков

УПРАВЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ ЗОНОЙ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ

Производственная мощность по полезному ископаемому и вскрыше карьеров с текущей глубиной более 180-200 м, установленная при проектировании, выдерживается на практике в течение 3-5 лет. после чего горные работы отклоняются от проектных границ с соответствующим изменением в извлекаемых объемах. Основными причинами пересмотра принятых показателей разработки по нашим данным является необходимость увеличения или поддержания мощности карьера в связи с намечающимся ее падением (44,4%) и доразведка и уточнение запасов (19,4% | проанализированных причин корректировки проекта). Отставание вскрышных работ, обуславливающее сдерживание добычи, при реализации проекта на практике объясняется, во-первых, недостаточно полным использованием принципа динамического проектирования, предполагающего рассмотрение вариантов разработки, развернутых во времени и пространстве, что нереализуемо из-за чрезвычайной трудоемкости горно-геометрических расчетов, в большинстве своем выполняемых вручную. Во-вторых, сама методика и концепция проектирования, особенно в современных условиях, нуждается в значительном видоизменении и корректировке. Б-третьих, существующие методы горно-геометрических расчетов при обосновании порядка развития горных работ и формирования рабочей зоны карьеров в сложных условиях требуют дальнейшего развития. Поэтому необходимо изучение и исследование влияния параметров, показателей, способов и технологий ведения горных работ в глубоких карьерах и на этой основе совершенствование методов проектирования и планирования перемещения рабочей зоны в пространстве-времени с целью экономичной и безопасной отработки месторождения.

Отработка мощных карьеров сопровождается, как это показал анализ фактических данных за 5-12 лет, возникновением ряда присущих только им условий эксплуатации, среди которых выделяются следующие:

1.Увеличение угла наклона рабочего борта карьеров, которое начинается при достижении ими глубины 200-250 м. При дальнейшем понижении горных работ средний угол наклона отрабатываемого борта составляет 16- 23 град., а его профиль по глубине чаще всего плоский, с относительно равномерным размещением временно нерабочих уступов по высоте, или выпуклый -с выраженной консервацией в нижней части карьерного поля.

Основные характеристики рабочей зоны обследованных нами карьеров приведены в ниже. ЗдеАЦ/Ц, - отношение протяженности активного фронта фронта работ по горной массе к общей длине уступов в карьере.

г 1. - отношение протяженности активных фронтов по вскрыше и полезному ископаемому, Кт 1а текущего коэффициента вскрыши,т/т.

Хдрыстгркыс условна работы Характерные признаки

1аг*еры значительной глубины.крутой К^К < ^

'более 17-19 граи-) отрабаты»аемыи Ц/Ц < К, берт, профиль борта- плоский, интен-

перемеп^ения »скрытных работ

Талеры значительной глубины,средний Ц/Ц < 0.3-0.4

гз» отрабатываемого борта более 17-19 Ц/Ц > ^ профиль борта аыпуклый, значи-опережение »скрытных работ.

.Сагьеры незначительной глубины, наклон • > 0.5

« зрофиль борта соответствуют проект- Ц/Ц >

интенсивность добычных и вскрыш -х работ примерно одинакова.

2.Суммарная высота одновременно отрабатываемых участков борта составляет 30-39 до 70% высоты рабочего пространства карьера. При этом площадь рабочей зоны занимает 10-34% кИ карьерного поля.

3.Количество горизонтов в работе и средняя скорость их перемещения изменяются при >вке новых горизонтов. Углубка дна, производящаяся раз в 2-4 года, сопровождается

пением числа уступов в работе и снижением интенсивности их перемещения. Периоды ^ения карьера чередуются с разносом борта и сокращением высоты одновременно отраба-*ой зоны.

4. Перемещение уступов в пространстве и времени сложное, как праьило, группами по ообиме с попеременной их консервацией и расконсервацией. При этом средние достигаемые .опрости их отработки составляют 30-40 м/год, при разбросе 5-10 до 50-60 м/год.

5.Степень концентрации работ и место их производства зависят от принятого общего ^грядка их развития, порядка и места вскрытия и подготовки эксплуатируемых горизонтов,

>мы и структуры залежи и необходимой величины готовых и подготовленных запасов, ювлено, что 47-78% длины перемещаемых на обследованных глубоких карьерах уступов р-^хонсервируются в течение года. При этом в активно отрабатываемой зоне эксплуатируется 20-общей площади отрабатываемой залежи.

6.Протяженность уступов, на которых имеются рабочие площадки проектной ширины, составляет 10-34% по отношению к общей их протяженности в карьерном пространстве I -»свыше). Для неглубоких карьеров использование общего фронта работ по горной массе, как гравило, больше 50%.

7.Протяженность активных фронтов по полезному ископаемому и горной массе периодически изменяется во времени и зависит от сроков переноса системы вскрывающих выработок - 4-6 до 8-10 лет. За этот промежуток суммарная длина активной части рабочих уступов соответствует эоему максимальному значению при окончании реконструкции и достигает минимума перед ее валом.

Если использовать в качестве группирующих такие признаки, как наличие нормальных «словий для разработки (рабочих площадок) и перемещение уступов за определенный отрезок гэемени. то общую протяженность уступов в карьере в зависимости от степени необходимости мх отработки можно представить в виде упорядоченной структуры фронтов, среди которых аиеляются:

- погашенный - располагающийся на верхних горизонтах карьера, дос-тигших предельных установленных проектом границ;

- законсервированный -часть фронта уступа по д\ине. приведенная в кратковременную или ^ •современную консервацию с оставлением между смежными горизонтами площадок, достаточных для возобновления отработки временно нерабочих уступов. К таким участкам

относятся также фронта, на которых расположены временные или полустационарные съезды;

- активный - часть уступа по его длине, где поддерживаются рабочие площадки установленной ширины и готовые к выемке запасы;

- перемещаемый - весь активный и часть законсервированного фронта работ, отрабатывающегося в течение рассматриваемого промежутка времени (как правило года). Горные работы в этих случаях ведутся как в нормальных, так и в стесненных условиях;

- возобновляемый - часть фронта погашенных или находящихся в долговременной консервации уступов, отрабатываемых при переходе от этапа к этап)' разработки, при реконструкции карьера или расширении его границ по поверхности;

- рабочий - фронт работ (исключая горно-капитальные) по горной массе, обеспечивающий добычу запланированного объема полезного ископаемого и возобновление готовых к выемке запасов; .

- резервный - фронт работ, в основном предполагаю щи й вовлечение в разработку законсервированных и погашенных уступов, возобновляемый при проведении горно-капитальных работ в период реконструкции вскрытия карьерного поля и расширении его границ. Подчинен целям перспективного развития карьерного пространства.

Для примера на рисунке приведена план-схема размещения вышеуказанных фронтов уступов на Южном карьере комбината «Ураласбест».

Схема размещения фронтов работ на Южном карьере комбината

«Ураласбест» в 1993 год)". 1 - погашено; 2.3 - долговременная и временная консервация; 4 - расконсервация; 5 - отработка с плогцадками проектной ширины; 6 - перемещение крутого борта; 7 - ГКР: строительстве -раншеи

Сложившаяся структура фронтов работ глубоких карьеров, характеризующаяся вышеуказанными признаками, позволяет сформулировать следующее определение.

Рабочая зона глубоких карьеров - это часть карьерного пространства, слагаемая рабочими и временно законсервированными уступами с расположенными на них площадками соответствующей ширины, перемещаемыми в пределах карьерного поля во времени для обеспечения выемки заданного объема полезного ископаемого требуемого качества, поддержания резервов готовых к выемке запасов и создания нормальных условий для транспортного обеспечения экскаваторных забоев и пунктов внутрикарьерной перегрузки горной массы.

Установлено,что рабочая зона глубоких карьеров характеризуется более высокой по сравнению с карьерами до 200-250 м степенью интенсивности эксплуатации. В табл.1 приведены удельные показатели интенсивности отработки по некоторым карьерам. В верхней части таблицы

230м

по карьерам глубиной до 20Э м, в нижней части - по глубоким карьерам. .Моделирование и анализ фактических данных свидетельствуют о том, что при эксплуатации с проектной глубиной более 200-300 м объективно выделяются три этапа горных работ: карьерного пространства, работа в устоявшемся режиме и доработка карьера. Глубина горных работ от первого этапа ко второму, как показали исследования, составляет 40-гроектной глубины карьера и не зависит от угла падения залежи в диапазоне 30-90 град.

Относительные показатели интенсивности использования месторождения и площади карьера в обследованных группах

Таблица 1

Иаюльэовакчг

ЛЛОП^дН.%

«Р^Р»

Выход. т/и1

руды с активной Плои; жлн

гори ой массы с площади рабочей

ЗОНЫ

Производительность активного фронта рабэт.тысм'/км

руда

горная масса

Г01С

ГС*

100.0

85.2

67.3

68.1

70.8

72.0

76.4 64.8

54.8

61.2

65.2

50.0 24.8

36.6

14.6

22.0

22.1 115

48.7

15.0

1167

1315 933

778

854

612

676 439

882

1000

26.0 '

32.0

37.2

32.8 20.6

19.9 24.6 10.6

34.0 16.5

76.4 71.0 53.2

28.1 56.3

122.4 74.3 66.6

36.5 72.3

1840 1000 1400

907 2256

1940 1283 1798

1137 1000

Установлено также, что на разных этапах развития рабочего пространства факторы, гцие производительность карьера, имеют неодинаковую значимость, а в период шегося режима работ, в отличие от периода развития рабочей зоны, к тому же существенно от условий залегания месторождения .что необходимо учитывать при разработке. 3 обобщенном виде эти факторы, порядок следования их значимости и влияющие на них показаны в табл.2, где - протяженность фронта работ по горной массе; Ц - длина торного блока; Кт - текущий коэффициент вскрыши. При понижении горных работ геометрические размеры выработанного простанства возрасти, в то время как для поддержания работы карьера с постоянным коэффициентом вскрыши, остановленным календарным графиком разработки, в течение сравнительно длительного проме-х—ха времени необходимо иметь относительно постоянную площадь рабочей зоны и длину ссонта работ. В связи с этим установлено, что при отработке протяженных и коротких фронтов гомологичесхие факторы, влияющие на производительность карьера, меняются местами по гттпени их значимости. Это означает, что, изменяя параметры и конструкцию рабочего —остранства, желаемого результата можно добиться разными путями. Так как влияние этих сахторов неоднозначно, необходима разработка комплекса методов и приемов, регулирующих лежим горных работ и управляющих конструкцией рабочей зоны.

Таблица 2

Значимость факторов, в наибольшей степени влияющих на производительность карьера

Этап р&зжгид горных работ Карьеры Характерные условна зивиш

СЧСрЧТЛА|е кгтмутыг

1. Развитие рабочего пространства ь. =>к =>ц 1т =>к =>ц Не зависят от формы, утла падения и мощности залежи.

2.Устоявшиися режим работ 1т =>к На вытянутых залежах 1-ь, уменьшают саою значимость с увеличением угла их паления. На округлых залежах Кг теряет свою значимость с увеличением их мощности.

3.Доработка карьере На вытянутых залежах Значимость Кт резко снижается при увеличении мощности залежи. а Ь - при крутом ее падении. На округлых залежах значимость Кт резко падает на мощных залежах , - для них несущественна.

Под управлением рабочей зоной карьеров нами понимается комплекс технологических мер и приемов, обеспечивающих перемещение отрабатываемых бортов карьера в пространстве с целью выдерживания требуемого объема добычи и создания условий для безопасной реализации установленного календарного графика разработки.

Поддержание размеров действующей части рабочей зоны может быть достигнуто за счет изменения таких ее конструктивных параметров, как:

1.Уменьшение протяженности фронта вскрышных работ за счет вовлечения его в разработку по частям, в том числе снижения интенсивности углубки карьера с одновременным его площадным развитием.

В этом случае размеры фронта работ по вскрыше и скорость его перемещения определяются исходя из потребности во вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасах.

2.Регулирование площади рабочей зоны и длины фронта работ за счет временной остановки части уступов и чередования их отработки по глубине путем формирования внутри карьера участков временно нерабочего борта с оставлением на нем берм минимально допустимой по условиям расконсервации ширины. Возможна организация поочередной отработки смежных уступов с оставлением между ними уменьшенной площадки. В этом случае угол откоса рабочей зоны может быть существенно повышен. В ряде случаев в целях создания достаточных резервов подготовленных запасов смежные вскрышные уступы в рабочей зоне карьера могут сдваиваться.

3. Поддержание постоянной длины фронта вскрышных работ за счет одновременной работы ограниченного количества уступов. При этом по глубине карьера и в его плане выделяются зоны концентрации горных работ, положение которых определяется исходя из необходимости поддержания добычных фронтов требуемой длины.

4.Регулирование наклона отрабатываемых бортов и извлечение горной массы по глубине карьера путем организации технологических зон, которые характеризуются различными параметрами элементов системы разработки, интенсивностью отработки уступов, вскрытием и видом

Нряваст-акмого горно-транспортного оборудования.

2. V -давление протяженностью фронта работ по горной массе с формированием в вг?^:~-гве карьера крутого борта наклоном 19-23 град., перемещаемого нисходящей отработ-^Ьгтчгг: приведенных в нерабочее положение уступов. При этом горные работы на законсер-участках периодически возобновляются и тут же консервируются. После перемеще-|ям " ггупа на заданную величину оставляются такие же зауженные площадки, как и до ^вшжэвления на них работ.

; ряде случаев , особенно при переходе к следующему этапу разработки или реконструкции ^^гттлощей схемы вскрытия с одновременным увеличением производительности карьера по ^роь^эе. необходимо создание дополнительного фронта работ. Это достигается увеличением Щтотрабатываемой части уступов, применением различных схем расконсервации нерабочих ^нр-ге как со стороны выработанного пространства, так и с оставле1тем скользящих целиков', Врьжгнением поперечной или диагональной отработки верхних вскрышных уступов с продоль-

=. ремещением фронта работ по добыче. Одновременно по мере увеличения протяженности работ должно вводиться дополнительное выемочное оборудование.

Основными методами, позволяющими управлять режимом горных работ и видом графика Ьвисх полезного ископаемого и вскрыши во времени, обеспечивающими сравнительно равно-швгжх по этапам разработки извлечение горной массы и перенос пика вскрышных работ на более Р^г^чие периоды, являются:

- отыскание направления разработки, обеспечивающего минимум текущего или среднего ! лсэссициентов вскрыши, коэффициента горной .массы или максимума коэффициента добычи и [ яЕССициента выхода металла в период эксплуатации при минимальных объемах горно-^иг-ггальных работ по вскрытию в период строительства или реконструкции;

- поочередное вовлечение в разработку участков месторождения с минимальными коэффи-I Сектами вскрыши, т.е. обоснование общего порядка развития работ в период эксплуатации;

- формирование в пространстве карьера участков временно нерабочего борта с последующим I Ш  "и¡иII I I п 11 I I горных работ на нем, выделение этапов разработки, т.е. обоснование мест 1хэемещения уступов и консервации работ на них в течение исследуемого периода;

- изменение конструктивных параметров рабочего пространства, обеспечивающих равно-Ьеэную выемку горной массы по выделенным периодам разработки.

Методы регулирования режима горных работ, упорядоченные по мере возрастания степени 1*"~*льности расчетов, а также используемые при этом способы управления формированием зюочего пространства, обеспечивающие поддержание производственной мощности глубоких игьеров, приведены в табл.3. Там же приведены наиболее часто используе/лые целевые функции астимизационных горно-геометрических расчетов и достигаемые на каждом этапе обоснования «злендарного графика режима работ основные результаты расчетов.

Использование перечисленных подходов и технологических приемов при формировании рабочей зоны карьера позволяет решать конкретные задачи планирования и проектирования ттфытой разработки для различных по глубине прогноза отрезков времени. Обоснование *>.нимальных или рациональных коэффициентов вскрыши и протяженности фронтов уступов юзможно и необходимо для составлена я долгосрочного прогноза динамики этих показателей, при ггом для расчетов используются графические или мател*атические модели с непрерывным аеремещением рабочего борта неизменной конструкции. На стадии стабилизации текущих коэффициентов вскрыши при создании перспективных планов разработки реально применяется гтапное (с консервацией или приостановкой) развитие горных работ по участкам карьера. При реализации планов разработки в годовых интервалах времени необходимо обоснование величины перемещаемых фронтов работ, т.е. выбор конструкции рабочей зоны. При этом рассчитываются -ираметры временной консервации фронтов с заужением площадок по условию размещения скрывающих выработок и сокращения текущей выемки вскрыши и пр. и\и же, наоборот, возобновления отработки в зонах консервации и перемещения действующих фронтов по условиям создания необходимых резервов подготовленных и готовых к выемке запасов и обеспечения установленных к выемке объемов полезного ископаемого.

Как это следует из табл.3, д\я управления рабочей зоной глубоких карьеров возникает необходимость применения ряда технологических приемов, обеспечивающих периодическую консервацию и возобновление активных фронтов на перемещаелшх уступах. В систематизирован-

с : *

Ê i Е

Л л л

» I «

» I 4

* *

с §

с Л

U1 _

IM i

I: Ь < f 8 Ii

2 il

il

-îiï

«П1М

¿ i E !

£ m S

íeii-á i

- ! i £N i

líh * dlii

t

i s

s <

u.

2 a

JlJIff

r* 5-m -г = É

g, g i| vS X

I1! 1 i- íí ^

5 'c

* s

I Г 1!

i- è

с >c 1

i cr-T y

1

Si i

i S .S

Таблиц 4

Технологические приемы управления протяженностью франтя работ в глубоких карьерах при частичной консервации рабочего пространства

Способ консервации Варьируемые элемента рабочей зоны ч Порядок воэобновлемня работ на уступая Технологические приемы отработки уступов

1 Консервация одиночною уступа Фр01гт уступа. Ширина площадки при консервации Ширина площадки при возобновлении и ведении работ Создание транспортной полосы вдоль развала Продольными, поперечными и диагональными заход-ками, а также панелями вдоль фронта работ

¿.Формирование и сдвоенных уступов в рабочей зоне Послойная отработка уступов

3.Оставление зауженных ало! у ало к через уступ Фронт и количество угупов в работе.Ши-рина площадок Поочередная консервация и расконсервация смежных уступов

(.Оставление временною целика на участке борта Ширина площадок.Количество уступов в работе.Скорость перемещения уступов Поочередная расконсервация сверху вниз Расконсервация с оставлением скользящего целика

$.Формирование крутого борга Количество уступов в работе Длина блока.Ширина площадок Технологическими зонами -Зонами концентрации работ Перемещением крутого борга Продольными и диагональными заходками. Панелями и поперечными заходками поперек фро»гга работ с оставлением скользящего целика или крутого борта. Каскадным взрывом группы смежных уступов

6. Погашение борта с оставлением транс-ортного концентрационного горизонта Высота рабочей зоны Длина фронта работ и блоков.Ширина рабочих площадок Поочередное возобновление работ на группе горизонтов сверху вниз

ном по фактическим данным и данным литературы виде они приведены в табл.4.

В связи с различием в способах задания порядка перемещения уступов при регулировани режима горных работ, обосновании и реализации календарного графика разработки необходим решать прямую и обратную задачу. Решение прямой задачи заключается в горно-геометрическси анализе карьерного поля при заданных параметрах системы разработки и принятой интенсир ности ведения горных работ. При установленном распределении P,V=f(T) необходимо решат: обратную задачу, связанную с формированием рабочей зоны и управлением ее параметрами в времени. Такое управление должно обеспечивать выемку проектных объемов полезного ископаемого и вскрыши на всех этапах существования карьера.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Арсентьев А.И. Развитие горных работ в карьерном пространстве. Учебное пособие. - Л.. Изд. ЛГИ 1991. - 106 с.

2. Арсентьев А.И. Взаимодействие горных работ в рабочей зоне карьера //Горный журнал. - 198

- N9. - С35-38.

3. Ьарава Н.П., Генералов Г.С., Еремснхо Л.В. Определение производительности карьера i интенсивности ведения горных работ // Изв.вузов.Горный журнал. - 1981. - N5. - С23-26.

4. Колибаба В.Л., Станиславский Л.Я. Определение этапов вскрытия и отработки глубоки горизонтов карьеров для поддержания производственной мощности //Изв.вузов.Горный журнал. - 1981

- N3. - С 34-37.

5. Маца* Г.Г. Закономерности развития и методы управления средней зоной в мощных глубокие карьерах//Новые технологические решения открытой разработки угольных месторождений: Межвуз. сборник науч. трудов. - Кемерове. - 1992. - С 38-42.

6. Лине» В.П. Определение производительности действующего карьера при наличии в рабочей зоне участков временно нерабочего борта //Горный журнал. - 1987. - N3. - С17-19.

7. Новожилов М.Г., Куцекко В.И., Дриженко А.Ю. Оптимизация параметров высоких уступе* при разработке глубоких горизонтов карьеров //Горный журнал. - 1983. - N3. - С14-19.

8. О вод енх о Б.Н., Решетклгк С.П., Ксмпель Ф.Б. Развитие горных работ на временно нерабоча борту //Изв.вузов.Горный журнал. -1981. - N1. - С.31-32.

9. Хохряков B.C. Проектирование карьеров: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перс раб. и доп. - М.: Недра. 1991 - 383 с

10. Сидоренко В.Н. Повышение эффективности эксплуатации глубоких карьеров с автомобильным транспортным формированием зон концентрации горных работ. Лис. ... канд.техн. наук.- Л: ЛГИ. - 1988.

- 188 с.

УДК 622.368.2:622.741.2

А.В.Гальянов, Ю.ВЛаптев

(ИГД УрО РАН) М.Н.Ковалев, А.И.Владимиров

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА СЕГРЕГАЦИИ ПРИ ОТСЫПКЕ РУДНЫХ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ СКЛАДОВ НА КАРЬЕРАХ АО «КОМБИНАТ«МАГНЕЗИТ»

В 1992 г. проведен промышленный эксперимент по усреднению магнезитового сырья марки ММПИ на Западном перегрузочном складе Волчьегорского карьера АО " Комбинат"Магнезит" Система опробования руды предусматривала тхцательное определение контролируемых показателей качества (СаО, БЮ2) в добычных забоях, на складе (отбор проб произведен по фронту отсыпю на верхней и нижней бровках штабеля ) и на конвейерных трактах ДОФ-2. Результаты эксперимента показали, что усреднительный эффект на складе составил 34%, что вполне согласуется с результатами