Оценка интенсификации разработки месторождения открытой геотехнологией

© В.А. Юков, 2012

УЛК 622.014.1 В.А. Юков

ОЦЕНКА ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ОТКРЫТОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИЕЙ

Обобщающим показателем интенсивности отработки месторождения служит годовое понижение горизонта выемки. Выполнено сравнение двух технологических схем развития мощного глубокого карьера: автотранспортной и с крутонаклонным конвейером. Применён метод принятия решений в условиях неопределённости исходных данных. Использован ограниченный набор факторов. Ключевые слова: интенсивность разработки, транспортная система, технологическая схема, автосамосвалы, крутонаклонный конвейер.

Принятые проектные решения обеспечивали разработку месторождений открытым способом до глубины 300—400 м при экономически обоснованной глубине карьеров 600-700 м. Предполагалось, что с развитием технического прогресса и опыта проектирования, с учётом до-разведки глубоких горизонтов, в дальнейшем будут применены новые технологии ведения горных работ на глубоких карьерах. Надежды на развитие технического прогресса, к сожалению, не оправдались.

При разработке крутопадающих месторождений карьер постепенно переходит от мелкого к среднему по глубине, глубокому, а иногда и к сверхглубокому.

С увеличением глубины карьера ухудшаются технико-экономические показатели разработки в связи с удлинением транспортных коммуникаций, увеличением парка транспортного оборудования и численности обслуживающего персонала, сокращением активных запасов руды. Анализ ситуации приводит к изысканию перспективных вариантов рационального развития карьерного пространства, к выбору стратегии углубки карьера.

Уже с глубины более 200 м проблема выдачи горной массы из карьера на поверхность становится решающей. В первую очередь это относится к транспортировке скальных пород вскрыши. При транспорте горной массы автосамосвалами около 60 % энергии используется на перемещение самой машины и только 40 % энергии — на перемещение груза. Для ленточных конвейеров это соотношение равно 20 % и 80 % соответственно. Для снижения затрат на транспорт с нижних горизонтов карьеров, а следовательно и себестоимости добычи, применяют циклично-поточную технологию. Технологические схемы включают разные комбинации видов транспорта: автомобильного с конвейерным, железнодорожного с конвейерным, собственно конвейерного в сочетании с дробильно-перегрузочными пунктами: стационарными, передвижными и самоходными. На основных технологических процессах энергопотребление распределяется следующим образом: транспорт горной массы — 75-80 %, экскавация — 16-18 %, дробление — 14-16 %%.

В связи с этим возникает вопрос совместного использования автомобильного и конвейерного транспорта.

Конвейерная линия (из нескольких конвейеров) заканчивается консольным отвалообразователем, размещаемым на безопасном расстоянии от деформирующихся участков высокого отвала. Связь цикличного и поточного звена комплекса осуществляется при помощи дробильно-перегрузоч-ных пунктов, размещаемых, как правило, на концентрационных горизонтах через 30 м по глубине. Вместимость бункера таких пунктов равна 300-350 м3. Породная поточная линия может быть использована для транспорта забалансовой руды со складированием её в отдельном ярусе конвейерного отвала.

Мнения по поводу ЦПТ до сих пор не однозначны. Для трёх железорудных карьеров были запроектированы и затем реализованы комплексы циклично-поточной технологии. На Ковдорском карьере для добычных и вскрышных работ, на Оленегорском и Стойленском карьерах — только для добычных. На Ковдорском ГОКе оценивают и развивают технологию конвейерной выдачи руды из карьера На Стой-ленском карьере поточный дробиль-но-сортировочный комплекс был построен на временно неработающем борту и с развитием горных работ — ликвидирован, а конвейерную линию демонтировали [1].

Фактическая глубина карьера на алмазоносной трубке «Мир» составила 525 м.

На трубке «Удачная» проектная глубина карьера равна 610м. На сегодня глубина действующих железорудных карьеров составляет: Лебединский — 360, Ковдорский — 348, Стойленский — 335, Оленегорский — 324, Михайловский — 320 м [1].

Как пример упомянем некоторые решения, принятые по карьерам кор-

порации «Казахмыс». Проектная глубина карьера Нурказган — 600 м. Из пяти рассмотренных вариантов предпочтение отдано крутонаклонному конвейеру с углом подъёма 38-420 с размещением его в специальной наклонной траншее по борту карьера. А на карьере Бощекуль применение ЦПТ предполагает полный отказ от использования автомобильного

транспорта. Комплекс ЦПТ состоит из экскаваторов, мобильных дробильных установок, мобильных забойных, полустационарных передаточных, подъёмных и магистральных конвейеров, включая перегрузочный пункт для распределения рудного и породного потоков на магистральные конвейеры [2].

Проект разработки медного Акто-гай-Айдарлинского месторождения (выполнен немецкой фирмой) предусматривает применение ЦПТ и использование полустационарных дробильных установок. Глубина карьера Актогай Южный составляет 705 м, а карьера Айдары — 890 м . Схема предусматривает транспорт автосамосвалами руды, вскрышных и вмещающих пород до дробильно-перегрузочных пунктов. Пункт состоит из двух полустационарных дробильных установок годовой производительностью 15 млн.м3 каждая. Среднее расстояние доставки горной массы автосамосвалами 1 км. Дроблёные вскрышные породы и селективно добываемые окисленные руды системой конвейеров транспортируются раздельно в отвал и на склад забалансовых руд соответственно. Сульфидная руда (0.38 % Си) другой системой конвейеров отправляется на обогатительную фабрику [2].

Известно, что скорость углубки карьера находится в прямой пропорциональной зависимости от произво-

дительности экскаваторов, величины углов направления углубки и откоса рабочего борта карьера (или участка интенсивного ведения работ), высоты взрываемого и отрабатываемого уступов и в обратной зависимости от высоты и длины экскаваторного блока.

Для увеличения скорости понижения (интенсификации) горных работ осуществимы следующие мероприятия:

• применение наиболее производительного экскаваторного и транспортного оборудования;

• сокращение до минимума ширины рабочих площадок;

• концентрация возможно большего числа экскаваторов на блоках минимальных размеров;

• применение метода обуривания и взрывания сдвоенными (15-метровыми) и строенными (10-метровыми) уступами.

Высота уступа — основной параметр, определяющий конфигурацию рабочего пространства карьера. Рост высоты уступа расценивается как положительный фактор и это позволяет сократить количество транспортных горизонтов, уменьшить протяжённость транспортных коммуникаций, увеличить угол откоса борта карьера, повысить концентрацию горных работ. При сохранении безопасности горных работ повышение высоты уступа обеспечивается управляемым обрушением, нарезкой подуступов для перемещения горной массы к транспортному горизонту, включая переэкскавацию с верхних горизонтов. Когда ставится цель сократить число транспортных горизонтов, отбитую горную массу разделяют на подуступы. Создание концентрационного горизонта всегда оправдано, поскольку процесс транспортирования горной

массы является самым дорогостоящим.

Следует отметить, что при применении высоких уступов пропорционально их высоте меняются значения других параметров системы разработки: на несколько метров сокращается ширина заходки экскаватора, скорость подвигания забоя, интервал наращивания забойных конвейеров при их торцовом расположении и др. Использование таких схем позволяет за счёт сокращения ширины площадок уступа увеличивать угол откоса рабочего борта карьера.

Реализация метода сдвоенных и строенных уступов возможна в двух вариантах: одновременное обурива-ние и взрывание сдвоенных (15-метровых) уступов; обуривание и взрывание по отдельности двух (15-метровых) уступов. В любом случае сокращается количество циклов БВР на одном месте рудного или породного массива в вертикальной плоскости.

Взорванные 30-метровые и 20-метровые уступы отрабатываются по-дуступами безопасной высоты. Время простоев работающего в этих условиях экскаватора уменьшается из-за отсутствия взорванной массы. Сдвоенные, строенные уступы сокращают объёмы (длину) перебуров, улучшают условия бурения за счёт сокращения числа забуриваний, повышают производительность бурения по ненарушенным породам, сокращают число перемещений станков, увеличивают длину скважины, занятую ВВ, более равномерно распределяют ВВ по взрываемому массиву, что способствует улучшению дробления. Разнотипные породы при взрывании в зажатой среде на глубине в 3-4 м сохраняют природную структуру в схемах с обуриванием и взрыванием блоков на значительную глубину. Та-

кие схемы позволяют значительно увеличить угол откоса рабочего борта карьера.

Четыре первые позиции снижают стоимость бурения, которая составляет от 30 до 50 % стоимости БВР на карьере. Осуществление на деле названных мероприятий обеспечивает возрастание скорости углубки в целом по карьеру до 40-45 м/год, а на отдельных участках — до 60-70 м/год [3].

Как отмечено выше, с глубиной проблема выдачи горной массы из карьера на поверхность становится доминирующей. Ориентировочную оценку выбора транспортной системы проведём на примере золоторудного карьера глубиной 350 м производительностью 14 млн.т в год. Сравним две технологические транспортные схемы без разности бортов карьера при среднем коэффициенте вскрыши 2м3/т. Одна — традиционная, основанная на вывозе руды автосамосвалами грузоподъёмностью 140-170 т; вторая — с выдачей руды магистральным крутонаклонным (350) конвейером в сочетании с полустационарными дробильно-перегрузочными пунктами (в дальнейшем дополняемым межуступным крутонаклонным перегружателем) . На борту карьера погрузка в думпкары осуществляется от-вально-погрузочной машиной. Срок службы конвейеров не менее 20 лет. Срок службы автосамосвалов значительно меньше, чем конвейеров. Инвестиции на пополнение парка самосвалов требуются каждые семь лет. За рассматриваемый период парк будет обновлён трижды. При автосамосвалах в поверхностном перегрузочном комплексе задействованы два экскаватора ЭКГ-8ус. Затраты на их приобретение так же как и затраты на погрузочную машину при конвейер-

ной выдаче руды не рассматриваются. Погрузочно-складской комплекс в расчётах не участвует.

Общеизвестна следующая парадигма: темпы понижения горных работ повышаются при сокращении длины экскаваторного блока, уменьшении ширины рабочей площадки и увеличении производительности оборудования.

Первая схема, при автотранспорте, обеспечивает средний темп понижения горизонта горных работ примерно 15 м/год [4, 5]. Так, карьер Мурунтау в течение многих лет устойчиво сохранял темп углубки в 15 м/год. [6]. Вторая схема позволяет увеличить темпы углубки карьера. Для этого нужно изменить параметры выемочных блоков. Уменьшение длины выемочного блока для экскаваторов ЭКГ-8и, ЭКГ-10 до 770 и 800 м позволяет получить среднюю скорость подвигания работ в 136 и 186 м/год соответственно, что обеспечивает годовое понижение горизонта выемки в 30 м/год.

Годовое понижение горизонта выемки характеризует интенсивность разработки месторождения и может рассматриваться как обобщающий показатель, увязывающий горнотехнические условия с применяемыми технологией, техническими средствами и способами организации работ.

Затраты на строительство карьера определены по ранее адаптированным формулам стоимостных моделей. В частности, для золоторудного карьера:

КПВк=2670

и Эр=6,81(х)0005 +0,024(Ьтр/1000),

где КПВк — капвложения на строительство карьера, дол; х — производительность карьера, т/сут; Ьтр — превышение над средним расстоянием транспорта руды и породы, м; Эр — эксплуатационные расходы, дол/т.

В создание инфраструктуры входят подъездные дороги шириной 12 м и линии электропередач на мачтах высотой 9 м. Затраты на их сооружение зависят от расстояния. Полагаем, что месторождение расположено в стороне в пределах 20 км.

Текущие расходы на поддержание работы конвейерного звена заметно ниже, чем при крупнотоннажном автопарке. В расчётах принято снижение эксплуатационных расходов всего на 0,2 дол/т.

При определении стоимости технологического оборудования в схеме с крутонаклонным конвейером ориентировались на затраты по оснащению мощного золоторудного карьера — флагмана горной промышленности Узбекистана. [7].

Оценка реализуемости намечаемых проектов развития карьера выполнена с использованием метода принятия решений в условиях неопределённости [8], успешно ранее адаптированного [9]. Суть метода состоит в сравнении двух показателей окупаемости инвестиций: минимального (гт), при котором проект безубыточен, и возможного для данного проекта (п). Причём используется значение прибыли до выплаты налогов. Оценивается потенциальная деятельность горного предприятия, которое ещё предстоит построить. В соответствии с этим предварительно необходимо оценить технико-экономические показатели и определить его экономическую эффективность. Оценка выполняется на основе ограниченного набора существенно влияющих внешних (цена продукции, ставка дисконтирования) и внутренних (запасы, содержание, технологическая схема) факторов.

Случайная переменная общей прибыли на начало отработки до уплаты

налогов: Пк= Хх (Х2 Х3 Х4 - Х5 - Х6 Х7).

Отклонение прибыли определено разложением исходящей функции в ряды Тейлора вокруг средней величины каждой переменой. Стандартное отклонение прибыли равно корню квадратному. Колебания всех учитываемых переменных принято равным 10 %.

Результаты расчётов представлены на рис. При расчётах коэффициент дисконтирования 1 используется, с одной стороны, для определения текущей величины денежных потоков, реализуемых в разные моменты времени. С другой стороны, он связан с понятием стоимости капитала предприятия, что отражает его (предприятия) способность обслуживать обязательства перед кредиторами и инвесторами. При П>0 эти обязательства будут выполнены. Тогда коэффициент дисконтирования 1 можно рассматривать как некую пороговую величину, минимально допустимый уровень рентабельности проекта.

Из рис. следует, что во всём диапазоне 1 =5-25 % кривые гх и г2 расположены выше гт, т.е. ^>гт. Это означает, что оба проекта обеспечивают доход. Но предпочтителен проект развития карьера по схеме с крутонаклонным конвейером. Плечо транспорта самосвалами от забоя до приёмного бункера сокращается на 2,5-3 км. Тем более, что работа дизельных двигателей в замкнутом пространстве глубокого карьера отрицательно воздействует на окружающую среду, ухудшает экологическую обстановку. Далее следует рассматривать вопрос о его принятии и переходе к детальному расчёту ЧДД, ВНД и других обязательных показателей при разработке технического проекта.

Реализуемость технологий разной интенсивности отработки на глубоком карьере:

1 — норма дисконта, %; гт — границы безубыточности; гх и г2, г3 и г4 _ показатель окупаемости инвестиций сравниваемых технологий при содержании золота 5 и 3 г/т соответственно; Гп — средняя скорость понижения горизонта работ, м/год; Рб — вероятность заданной доходности отработки

Теперь рассмотрим вариант со средним содержанием золота 3 г/т. Полученные результаты представлены на рис. кривыми г3 и г4. При более жестком сценарии проект по схеме с магистральным крутонаклонным конвейером заслуживает реализации, так как и в этом случае полученные значения г3 превышают г4 при норме дисконта 5-25 %, обеспечивая во всём диапазоне доходность (г3 > гт) на вложенный капитал. Кроме того, снижаются эксплуатационные расходы на автомобильные перевозки, экономится дизельное топливо, сокращаются объёмы переэкскавации руды. Можно также переходить к более углублённой инженерной проработке и оценке по денежному потоку на основе детального проекта разработки.

В оценке, выполненной с ограниченным перечнем показателей, для глубокого карьера результат-транспортная схема с крутонаклонным конвейером имеет большие преимущества перед автотранспортом.

Подтверждением верности такого вывода служит ситуация в цветной металлургии, где для действующих и новых проектируемых глубоких (до 500-700 м) карьеров прорабатывается возможность применения циклично-поточной технологии (ЦПТ) ведения горных работ как эффективного способа решения проблемы транспортирования горой массы. Предпроектные проработки выполнены для карьеров Эрденет и Каль-макыр. В новых проектах по Удока-ну, Сухому Логу, Наталкинскому создание ЦПТ предусматривается уже на ранних стадиях развития горных работ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сухорученков А.И., Евсин В.Г., Николаев К.П. Добыча железных руд открытым способом — фундамент чёрной металлургии Россию. Горный журнал, 2009, № 11, с.77-80.

2. Сапаков Е.А., Шевчук Л.В. Разработка циклично-поточных технологий для карьеров корпорации «Казахмыс». Горный журнал, 2005, №5, спецвыпуск, с.35-37.

3. Кравченко Ф.А., Рубцов С. К., Силкин А.А. Ведение горных работ в условиях сокращения рабочей зоны глубокого карьера. Горный журнал, 2007, с. 30-33.

4. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Винницкий К.Е. и др. Открытые горные работы. Справочник. М.: Изд-во «Горное бюро», 1994, 590 с.

5. Кумачёв К.А., Майминд В. Я. Проектирование железорудных карьеров. - М.: Недра, 1981, 464 с.

6. Сытенков В.Н., Абдуллаев У.М. Разработка сценария развития карьера Мурун-тау на длительную перспективу. Горный журнал, 2002, спецвыпуск, с.46-50.

7. Кучерский Н.И., Мальгин О.Н., Сытенков В.Н. и др. Эффективность проектируемого комплекса ЦПТ-руда с крутонаклонным конвейером для карьера «Мурун-тау». Горный журнал, 2005,№11,с.59-63.

8. Collins J.L. A new tool in financial decisionmaking under uncertainly. CIM Bulletin, 1993, March, p.109-115.

9. Юков В.А. Предварительная оценка вариантов комбинированной разработки месторождения. Маркшейдерский вестник, 2005, №3, с.65-68. S2S

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Юков В.А. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института проблем комплексного освоения недр (ИПКОН РАН).

А

--РУКОПИСИ,

ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА ТОРФА И ЕГО ДРЕВЕСНЫХ

ВКЛЮЧЕНИЙ

Жигульская Александра Ивановна, кандидат технических наук, Тверской государственный технический университет, 9051963@gmail.com

Гусева Анна Михайловна, Тверской государственный технический университет, магистр техники и технологии, старший преподаватель, guseva ann@mail.ru

Показана возможность рационального и комплексного использования местных торфяных ресурсов на примере способа производства полых торфяных горшочков с использованием в качестве связующего компонента древесных включений торфяной залежи.

Ключевые слова: технологическая щепа, древесные включения торфа, размол щепы, волокнистая масса, связующая добавка

RESEARCH OF PROCESS OF THE GRINDING OF PEAT AND ITS

WOOD INCLUSIONS

Zhigulskaya A.I., Guseva A.M.

It is shown possibility rational and complex use of local peat resource on example of the way production flap peat pots with use as connecting component of the wood enabling the peat

Key words: the technological crushed wood of a peat deposit, wood inclusions of peat, pitch extraction, crushing, the fibrous weight, the binding additive.