Обоснование параметров технологии разработки открыто-подземного яруса при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений

боживание. Формирование наклонного основания рудной зоны, также позволяет повысить полноту и блока, совпадающего с границей выклинивания качество извлечения руды из недр.

Библиографический список

1. Шеховцов В.С. Создание технологии разработки сложноструктурных залежей под мощными рыхлыми отложениями с защитным слоем руды: Дис. ... д-ра техн. наук. Новокузнецк, 1997. 229 с.

2. Закладочные работы в шахтах: Справочник / Под ред. Бронникова Д.М., Цыгалова М.Н. М.: Недра, 1989. 400 с.

3. Слащилин И.Т., Романько АД Прогнозирование показателей извлечения руды при системах разработки с массовым обрушением руды: Уч. пособие. Свердловск: Изд-во УПИ им. С.М.Кирова, 1980. 53 с.

УДК 622.2

А. Ф. Илимбетов, М. В. Рыльникова, С. И. Власов

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОГО ЯРУСА ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Вопросы комплексного и эффективного использования минерального сырья приобретают особое значение в связи с ведущей ролью минерально-сырьевой базы в формировании бюджета России.

Значительно возросли требования к глубине изучения рудных месторождений и дифференциации разведанных запасов по составу и качеству всех полезных компонентов в связи с возможностями новых технологий, основанных на современных достижениях фундаментальных наук. В этом плане возникает необходимость установления рационального сочетания технологических процессов на различных этапах развития горных работ, обеспечивающих эффективное извлечение из недр и полезное использование комплексного сырья в интересах развития народно-хозяйственного комплекса.

Комплексное освоение месторождений предполагает комплексное использование всех содержащихся в рудах полезных компонентов при рациональном сочетании широко применяемых и перспективных физико-химических геотехнологий, преимущественно малоотходных, переработку и использование накопившихся отходов производства и сформированных открытыми и подземными работами выработанных пространств. Этому способствует разработка и широкая промышленная реализация открыто-подземной геотехнологии, приемлемая для извлечения запасов переходной зоны от открытых работ к подземным (открыто-подземного яруса).

Под комбинированной геотехнологией применительно к добыче и переработке твердых полезных ископаемых понимается совокупность спосо-

бов, методов, процессов и операций воздействия на горный массив или природную и техногенную минеральную массу, основанных на сочетании технологических процессов и оборудования открытых, подземных горных работ и физико-химических методов добычи и переработки минеральных ресурсов с целью извлечения и полезного эффективного использования полезных ископаемых.

Предметом изучения комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии, как направления горных наук, являются горнотехнические системы, реализующие комплексное освоение рудных месторождений при совмещении открытого, подземного и физико-химического способов добычи, и их рациональные параметры, обеспечивающие наиболее полное и эффективное извлечение георесурсов с минимизацией экологических последствий горных работ.

Перспективы развития комбинированной геотехнологии связаны с переходом на комплексное проектирование поэтапной отработки запасов месторождения различными способами при единой схеме вскрытия и подготовки запасов, предусматривающей оптимизацию порядка вовлечения отдельных участков месторождения в эксплуатацию соответствующими способами добычи. Возможность отработки достаточно большой части запасов, непосредственно примыкающих к контуру карьера, экономичными технологиями, основанными на рациональном сочетании технологических процессов и оборудования открытых и подземных горных работ с использованием каждого из них в наиболее благоприятных условиях, способствует существенному снижению затрат на освоение месторождения в целом, повышению эф-

18 -------------------------------------------------------------- Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.

фективности и экологичности горных работ. При этом выявление закономерностей формирования горнотехнических систем при комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии должно стать основой для выбора геотехнологической стратегии проектирования.

Одним из основных геотехнологических преимуществ открыто-подземной разработки является возможность существенного повышения интенсивности добычи руды.

Исследованию производительности рудников и интенсивности горных работ посвящены труды известных ученых М.И. Агошкова, Д.Р. Каплуно-ва, В.Р. Именитова, В.А. Шестакова, В.А. Симакова, П.И. Городецкого, Н.С. Демина и других. При этом вопросам обоснования интенсивности отработки переходной зоны, основная часть запасов которой сосредоточена в открытоподземном ярусе (ОПЯ) и ограничена его высотой, определяемой геомеха-ническими условиями и техническими возможностями применяемого оборудования различных способов добычи, не уделено достаточного внимания.

Между тем, интенсивность горных работ оказывает определяющее влияние на экономические показатели функционирования горнотехнической системы комбинированной геотехнологии [1]. Поэтому установление рациональных значений показателей интенсивности отработки открытоподземного яруса необходимо для обеспечения устойчивой работы горного предприятия в период перехода на подземный способ разработки без разрыва в добыче руды.

Для обоснования рациональной интенсивности отработки запасов переходной зоны разработаны типовые комплексы механизации очистных работ, основанные на сочетании карьерного и шахтного горнотранспортного оборудования применительно к пяти основным видам трехъярусных горнотехнических систем [2]. Многообразие горногеологических и горнотехнических условий разработки месторождений комбинированным способом определяет многовариантность технологических схем отработки запасов переходных зон и соответствующих им комплексов механизации горных работ (рис. 1).

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.

В типовой трехъярусной горнотехнической системе с доставкой руды в переходной зоне силой взрыва обуривание запасов в верхней части открыто-подземного яруса производится карьерными буровыми станками, а нижележащих - переносным буровым оборудованием типа НКР. Доставка рудной массы осуществляется по подземным выработкам самоходной техникой (рис. 1, а).

Для типовой трехъярусной горнотехнической системы с открытым очистным пространством в открыто-подземном ярусе при применении на нижележащих горизонтах систем разработки с обрушением руды схема комплексной механизации горных работ в переходной зоне предусматривает комбинацию карьерного и шахтного бурового оборудования с массовым выпуском взорванной руд-

Рис. 1. Трехъярусная горнотехническая система с открытым очистным пространством в переходной зоне и соответствующий ей комплекс механизации горных работ: а - для отработки месторождений малой мощности; б - средней; в - крупных

а

ной массы и последующей доставкой и транспортированием рудной массы самоходной техникой по подземным горным выработкам (рис. 1, б).

Комплекс механизации горных работ в горнотехнической системе, представленной на рис. 1, в, предполагает использование на буровых работах высокопроизводительного карьерного и шахтного самоходного оборудования. При массовом выпуске руды применяются виброустановки с погрузкой рудной массы в железнодорожный транспорт.

На основе анализа и обобщения применяемого оборудования разработана типовая схема комплексной механизации горных работ (рис. 2) при отработке открыто-подземного яруса, базирующаяся на сочетании бурового, погрузочно-доста-вочного и транспортного оборудования карьерного и шахтного типа, а также специальных средств добычи руд с повышенным разубоживанием - радиометрических сепараторов и комплексов для кучного выщелачивания отходов сепарации. Необходимость применения последней связана с высоким разубоживанием рудной массы при ее выпуске в прибортовой зоне открыто-подземного яруса с предельной по устойчивости высотой откоса.

Исследование влияния горно-геологических

условий, высоты и применяемых средств механизации горных работ на производительность рудника в переходной зоне производилось путем экономико-математического моделирования условий комбинированной геотехнологии с варьи-

Мощность, м

а

Угол падения, град. б

Рис. 2. Типовая схема комплексной механизации отработки открыто-подземного яруса в трехъярусных горнотехнических системах

Кре пость руды

в

Высота ОПЯ, м

Рис. 3. Влияние на интенсивность горных работ в переходной зоне мощности

20

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.

1 200

1 000

0

0

рованием технологических схем и комплексов механизации и оценкой показателей функционирования горнотехнической системы [2].

Аппроксимацией результатов моделирования определены функциональные зависимости интенсивности горных работ в переходной зоне от мощности и угла падения рудной залежи в основании карьера, крепости руды и высоты открыто-подземного яруса (рис. 3). Установлено, что наибольшее влияние на интенсивность отработки переходной зоны оказывает высота открыто-подземного яруса. Зависимость производительности от высоты ОПЯ прямолинейная. Рост высоты ОПЯ на каждые 10 м влечет увеличение интенсивности горных работ в переходной зоне на 11%. Поэтому отработку запасов переходной зоны необходимо вести при максимально допустимой высоте открыто-подземного яруса, предельное значение которой ограничено устойчивостью откоса.

Применение специальных средств добычи разубоженных руд в прибортовой зоне позволяет вести работы при высоте ОПЯ, максимальное значение которой определено по условию предельного равновесия решением объемной задачи упругого деформирования массива [4].

Отсутствие в очистном пространстве открыто-подземного яруса людей и оборудования и применение специальных средств добычи разу-боженных руд позволяет вести работы в переходной зоне при коэффициенте запаса устойчивости откоса ОПЯ, равном 1.

Ноля = —1,1е • 0,998Нк • 0,97“ ,

КЗУ

где КЗУ - коэффициент запаса устойчивости, доли ед.; е - сцепление руды и пород в массиве, МПа; ак - угол откоса борта карьера, град; Нк - глубина карьера, м.

Мощность рудной залежи является параметром, который в наибольшей степени влияет на выбор рациональной технологической схемы и комплексов механизации горных работ в переходной зоне (рис. 3, а). Так, увеличение мощности залежи в основании карьера приводит к прямо пропорциональному росту интенсивности отработки переходной зоны. Менее значимо влияние крепости руды и угла наклона залежи на производительность рудника. Причем зависимость показателей интенсивности горных работ от крепости руды -обратно пропорциональная, а от угла падения рудной залежи - нелинейная. Так, в диапазоне значений угла падения рудных залежей 0-30° и 70-90° изменение интенсивности незначительно. При выемке наклонных залежей с углом падения от 40 до

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1. ------

55° значительное снижение производительности рудника обусловлено уменьшением поперечного сечения открыто-подземного яруса и высоты открыто-подземного яруса ввиду повышенного разу-боживания руды (рис. 3, б). Эмпирические зависимости максимальной по горным возможностям интенсивности горных работ в переходной зоне Атх для медно-колчеданных месторождений с малой мощностью рудной залежи в переходной зоне (10-35 м) Ам:

АОПЯ = 32 -1,015Нопя -1,015" х

ОПЯ max ’ ’

х 1,005“ - 0,98f,

средней мощностью (35-75 м):

АОПЯ = 32 -1,01 8Нопя -1,018" х

ОПЯ max ’ ’

х 1,007“ -0,98f,

крупных ("=75-150 м):

АОПЯ = 32 -1,027Нопя -1,027" х

ОПЯ max

х 1,008“ - 0,98f,

где Amax, Астх, Актах - максимальная производительность открыто-подземного яруса на месторождениях малой, средней и крупной мощности в переходной зоне; НОПЯ - высота открыто-подземного яруса, м; " - мощность рудного тела, м, “ - угол падения залежи, град; f- крепость руды.

Оценка изменения технико-экономических показателей функционирования горнотехнической системы комбинированной геотехнологии с расчетом интенсивности горных работ, себестоимости добычи, чистого дисконтированного дохода и индекса доходности в зависимости от сочетания применяемого в переходной зоне горнотранспортного оборудования показала, что в зависимости от горнотехнических условий разработки наилучшие показатели добычи способны обеспечить определенные комплексы механизации. Причем выбор схемы механизации горных работ по критерию максимальной интенсивности отработки переходной зоны и по критерию чистого дисконтированного дохода обеспечивает сопоставимость результатов. Это позволяет на начальной стадии проектирования комбинированной геотехнологии производить выбор предпочтительного варианта схемы механизации работ в переходной зоне по критерию максимальной интенсивности работ в открыто-подземном ярусе с предельной по устойчивости высотой уступа (рис. 4).

Результаты геотехнологического моделирования позволили определить предпочтительные комплексы механизации горных работ в переходной

------------------------------------------------ 21

Производительность, т/год Производительность, т/год

Высота ОПЯ, м

а

Высота ОПЯ, м б

Высота ОПЯ, м

в

Высота ОПЯ, м

Высота ОПЯ, м

г

Типовые комплексы механизации работ:

1 - с доставкой руды ПДМ до рудоспуска;

2 - с погрузкой в шахтные автосамосвалы и транспортированием до шахтного подъема;

3 - с погрузкой в шахтные самоходные вагоны;

4 - с погрузкой в шахтные автосамосвалы и транспортированием в карьер;

5 - с скреперной погрузкой в самоходные вагоны;

6 - с доставкой скрепером до рудоспуска;

7 - с вибровыпуском в железнодорожный транспорт; * - с использованием средств погрузки и транспорта открытых горных работ

д

Рис. 4. Зависимость интенсивности отработки открыто-подземного яруса от его высоты при типовых комплексах механизации горных работ (1-5) в трехъярусных горнотехнических системах: а - с обрушением руды и площадным выпуском; б - с единым открытым очистным пространством и доставкой руды силой взрыва; в - с открытым очистным пространством в переходной зоне и закладкой на подземном руднике; г - с закладкой на подземном руднике и последующей отработкой прибортовых запасов взрыванием вееров скважин; д - с отработкой горизонтальными слоями с закладкой в переходной зоне и на подземном руднике

22 -------------------------------------------------------------- Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.

зоне для типовых горнотехнических систем комбинированной разработки маломощных, средних по мощности и мощных месторождений медноколчеданных руд. При разработке медно-колчеданных месторождений малой мощности (10-35 м) с максимально допустимой по устойчивости высотой переходной зоны 100 м предпочтительный комплекс механизации предусматривает обуривание горного массива из подземных выработок, доставку руды силой взрыва с последующим ее транспортированием погрузочно-доставочными машинами до рудоспуска.

Разработка медно-колчеданных

месторождений средней мощности (35-75 м) при предельной высоте открыто-подземного яруса 140 м в трехъярусной горнотехнической системе с обрушением руды и площадным выпуском целесообразна с применением карьерного и шахтного бурового оборудования и самоходных погрузоч-но-доставочных машин, транспортирующих горную массу до рудоспуска.

Отработка переходной зоны мощных залежей (75-150 м) трехъярусной горнотехнической системой с открытым очистным пространством в переходной зоне и закладкой выработанного пространства на подземном руднике при максимально допустимой по геомеханическим факторам высоте ОПЯ - 160 м предпочтительна при более сложной схеме комплексной механизации работ. Обуривание горного массива предусматривается высокопроизводительными шахтными и карьерными буровыми станками с последующим массовым вибровыпуском взорванной рудной массы. Доставка ее на поверхность предпочтительна подземным железнодорожным транспортом, обеспечивающим максимальную производительность горнотранспортного комплекса. Следует отметить, что большая часть рудной массы, выпускаемой из открыто-подземного яруса, ввиду отсутствия налегающих пустых пород характеризуется высокими показателями качества извлечения. В приконтактной зоне при выпуске к руде примешиваются пустые породы, объем которых определяется исходя из параметров призмы возможного сдвижения. В соответствии

Рис. 5. Технологическая схема комбинированной отработки месторождения «Юбилейное»:

1 - главный ствол; 2 - квершлаги; 3 - кольцевые штреки;

4 - наклонный съезд; 5 - открыто-подземный ярус

с параметрами переходной зоны и физикомеханическими характеристиками руды и вмещающих пород рассчитаны объемы и показатели разубоживания рудной массы в приконтактной зоне для типовых вариантов горнотехнических систем применительно к различным горногеологическим условиям.

Результаты исследований, основанные на учете максимально возможного понижения горных работ, периода строительства подземного рудника и динамики показателей доходности предприятия при последовательной открыто-подземной разработке, были использованы при обосновании параметров технологической схемы и комплекса механизации для отработки медно-колчеданного месторождения «Юбилейное» (рис. 5).

Стратегия проектирования комбинированной геотехнологии предусматривает реализацию концепции комплексного освоения медноколчеданных месторождений с использованием для строительства пускового комплекса выработанного пространства карьера «Юбилейный»; разработку балансовых запасов подземной технологией с твердеющей закладкой, а забалансовых рудных тел - методом подземного выщелачивания; вовлечение в отработку методом кучного выщелачивания сопутствующих техногенных образований с утилизацией отходов горнообогатительного производства для закладки выработанного пространства подземных камер.

Библиографический список

1. Каплунов Д.Р., Болотов Б.В. Проектирование подземных рудников при комплексном освоении месторождений. М.: ИП-КОН АН СССР, 1988. 182 с.

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1. ------------------------------------------------------------ 23

2. Рыльникова М.В., Корнеев С.А. Конструирование и типизация горнотехнических систем при комбинированной разработке рудных месторождений // Russian mining. 2004. № 6.

3. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Блюм Е.А. Принципы формирования и параметры горнотехнических систем при комбинированной геотехнологии // Горный журнал. 2005. № 3.

4. Рыльникова М.В., Петрова О.В., Красавин А.В. Геомеханическое обоснование высоты открыто-подземного яруса при комбинированной разработке рудных месторождений // Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения: Сборник трудов. Магнитогорск: МГТУ, 2006.

*--------------------------------------------------------------------------------------------------------------*

УДК 622.271.4

С. Ж. Галиев, А. А. Бояндинова, Ж. А. Бояндинова,

Е. А. Шабельников, К. К. Жусупов, Е. Н. Татишев

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ГОРНОТРАНСПОРТНЫХ РАБОТ НА ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТКАХ

На современном этапе развития традиционного подхода к планированию и управлению на предприятиях с открытой добычей твердых полезных ископаемых достигнуты почти предельные показатели использования ресурсов в производственных процессах. Уровень эффективности использования основного технологического оборудования не превышает 0,15-0,40; продуктивного времени работы персонала - 0,20-0,30; материальных ресурсов - 0,40-0,60. По использованию среднегодовой производственной мощности горнодобывающих предприятий Казахстана данный показатель в среднем по отрасли составляет 73,5% при минимальных значениях по отраслям на уровне 4,0-5,0, 49,4-61,4 и 56,4-69,3% за 2002-2003 годы [1].

Низкая эффективность использования технического потенциала объясняется специалистами

как результат несоответствия между целями, функциями и компетенцией руководителей на всех иерархических уровнях управления предприятием, а также недостаточной разработанностью научной и методической базы совершенствования структуры управления горнодобывающим предприятием, приводящим в большинстве случаев к принятию управленческих решений на основании опыта и интуиции руководителей. В рамках последнего необходимо и актуально дальнейшее развитие комплексного подхода к оценке эффективности организации горнотранспортных работ на предприятиях. В данной работе описывается один из прогрессивных в этом плане подходов в решении данной проблемы, реализуемых в рамках интегрированной автоматизированной системы управления горнодобывающим предприятием как геотехнологическим комплексом.

Принципиально важно при реализации принятого подхода обеспечить возможность комплексной и обобщенной оценки отдельных операций производственных процессов. В основе подхода должен лежать главный обобщенный критерий эффективности предприятия как единого природно-технологического комплекса. Общее схематичное представление объекта исследования в виде структуры геотехнологического комплекса представлено на рисунке.

С точки зрения экономики, рассматриваемая система подразделяется на две основные части - «Доходную», обеспечиваемую в ходе реализации подсчитанных промышленно осваиваемых запасов полезного ископаемого, и «Затратную», представляющую

___Рынок 4-f Научное ^

законодательстве^ образование

Знания

Г

Затратная

часть

У

<

V

Доходная

часть

А_

Надстройка

Ин фр аструктур а  АТА-------------

Г орнотранспортный комплекс

m t

Карьерное пространство

4 ИИ

Рудное тело

/

Опыт

Активная

часть

Пассивная

часть

Схематичное представление геотехнологического комплекса как объекта исследования

24 -------------------------------------------------------------- Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.