Обоснование технологии разработки крутопадающих вытянутых месторождений при ликвидации отставания вскрышных работ

Проблема нормализации работы карьеров, которые находятся в критическом положении вследствие значительного отставания вскрышных работ (вскрышного отставания), всегда присутствовала на предприятиях горнодобывающей промышленности.

Экономический кризис 90-х годов привел к систематическому невыполнению планов вскрышных работ и стихийному созданию временно нерабочих участков в карьерах. Например на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике к 1999 г. нео выполненный объем вскрыши составил 14,2 млн. м, а на карьерах Криворожского о горно-обогатительного комбината — 64 млн.м. В числе предприятий, на которых были созданы внеплановые временно нерабочие борта из-за вскрышного отставания, можно назвать и Оленегорский, Учалинский, ЮГОК, Сорский, Коршуновский и другие.

За последнее десятилетие обстановка на карьерах улучшилась, однако вопрос удаления вскрыши, законсервированной на карьерах в период экономического спада, до сих пор не потерял своей актуальности. Подобная ситуация характерна для Лучегорского разрезоуправления, где объем вскрышного отставания по карьерам составлял 30 млн. м, для Костомукшского месторождения железной руды — 5,5 о «3 млн. м, Центрального ГОКа (Кривой Рог) — 100 млн. м, рудника «Железный» Ков-дорского ГОКа — 1,8 млн. м3, разреза «Ангренский» (Узбекистан) — 54 млн. м3- Стойленского, Качканарского, Сарбайского и других карьеров, которые разрабатывают вытянутые месторождения полезных ископаемых. Для некоторых предприятий эти объемы составляют 5−10 годовых планов производства вскрышных работ.

В настоящее время, при разработке программ выхода предприятий из кризиса возникают значительные трудности, связанные с отсутствием конкретных научных исследований, посвященных ликвидации вскрышного отставания на карьерах. Отсутствие четкой стратегии развития горных работ становится тем фактором, который удерживает инвесторов от вложений в развитие карьеров, на которых необходимо провести ликвидацию вскрышного отставания, при том, что существуют все условия для привлечения на горные предприятия необходимых объемов инвестиций.

Таким образом, обоснование технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах, разрабатывающих вытянутые месторождения полезных ископаемых представляет собой актуальную научно-практическую задачу.

Цель работы — обоснование технологических решений для повышения эффективности отработки месторождений в период ликвидации вскрышного отставания.

Основная идея работы заключается в управлении параметрами рабочей зоны карьера при опережающей разработке части законсервированного борта в период ликвидации вскрышного отставания для обеспечения требуемого объема добычи руды при минимальных затратах средств и времени.

Задачи исследований:

— разработка методики расчета объема и времени ликвидации вскрышного отставания;

— обоснование технологии и производительности горных работ в период ликвидации и управляемого накопления вскрышного отставания;

— исследование влияния сброса в добычную зону взорванных пород с уступов расконсервируемого борта на процесс ликвидации вскрышного отставания.

Защищаемые положения:

— для повышения эффективности разработки месторождения во время ликвидации вскрышного отставания рабочую зону карьера необходимо восстановить до проектных размеров, извлекая такой объем горной массы, в границах которого время выемки руды и вскрыши одинаково, а время восстановления добычной зоны минимально.

— при возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше, следует сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера, с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания. для ограничения взаимного влияния работ по ликвидации вскрышного отставания и добыче руды на подошве нижнего вскрышного уступа необходима улавливающая площадка с размерами, требуемыми для размещения объема сброса породы с верхних вскрышных уступов и создания подпорной стенки, ограждающей сбросы вскрышных пород в добычную зону.

Научная новизна работы заключается:

— в обосновании полиноминальной зависимости второго порядка между временем ликвидации вскрышного отставания и количеством звеньев оборудования с заданной его производительностью;

— в выявлении того, что увеличение на 10% количества звеньев оборудования при ликвидации вскрышного отставания приводит к соответствующему уменьшению его времени на 6−12%;

— в доказательстве возможности управления процессом накопления вскрышного отставания для обеспечения его последующей ликвидации при добыче требуемых объемов руды.

Методы исследований включают: анализ и обобщение проектной документации, научно-технической литературы, данных производственной практикианалитическое и горно-геометрическое моделирование с применением программного обеспечения и ЭВМметод технико-экономического анализа. Личный вклад автора заключается:

— в анализе опыта работы карьеров в условиях ликвидации вскрышного отставания и поэтапной разработки месторождений;

— в разработке методики расчета объемов и времени ликвидации вскрышного отставания;

— в обосновании технологии горных работ для ликвидации и управляемого накопления вскрышного отставания;

— в исследовании влияния сброса взорванных пород с уступов расконсервируемого борта в добычную зону и разработке методики обоснования места и размеров улавливающей площадки;

— в проведении численных исследований, влияния времени ликвидации вскрышного отставания на эффективность работы карьера.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением апробированных научных методов исследований, а также сопоставимостью полученных с их помощью результатовприменением для оценки экономических критериев, длительное время используемых в рыночных экономических системахприменением графических редакторов ЭВМ для подсчета объемов горных пород.

Отличие от ранее выполненных работ заключается в том, что доказана эффективность применения в период ликвидации вскрышного отставания опережающей выемки части временного нерабочего борта для восстановления добычной рабочей зоны карьера до проектных параметров, а также принципиальная возможность управления вскрышным отставанием с использованием разработанной для этого технологии горных работ.

Практическая ценность работы заключается:

— в методике обоснования размеров рабочей зоны, восстанавливаемой во время ликвидации вскрышного отставания;

— в разработанной технологии горных работ в стесненных условиях, уменьшающей простои оборудования;

— в методике расчета времени ликвидации вскрышного отставания с учетом количества вводимого в этот период оборудования;

— в обосновании мест консервации горных работ при управляемом накоплении вскрышного отставания;

— в установлении параметров и местоположения улавливающей площадки на участке ликвидации вскрышного отставания.

Реализация работы. Результаты проведенных в работе исследований по определению параметров улавливающих площадок и технологии подготовки горизонтов на временно нерабочем борту использованы и приняты к внедрению ОАО «Сибцветметниипроект» при разработке проекта отработки Кия-Шалтырского нефелинового месторождения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Открытые горные работы» СФУна Международной научно-практической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2005) — на Всероссийской научно-практической конференции «Экономика природопользования» (г. Пенза, 2005) — на Международной научно-практической конференции «Эффективные инновационные решения в геотехнологии» (г. Красноярск, 2005) — на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенствование технологий производства цветных металлов» (г. Красноярск, 2005) — на Международной научно-практической конференции «Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота» (г. Красноярск, 2006).

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 — в изданиях рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 138 страницах машинописного текста, включает 14 таблиц, 46 рисунков, 1 приложение и список использованной литературы из 74 наименований.

4.4. Выводы.

4.4.1. Разработанный порядок отработки 1Сия-Шалтырского нефелинового месторождения позволяет провести ликвидацию вскрышного отставания в течение 19 лет при создании проектных параметров добычной рабочей зоны за четыре года. Таким образом, проектная производительность по руде достигается на два года раньше, чем по проекту, а создание условий для производства добычных работ по всей площади рудного тела позволяет добывать руду заданного качества. Расчетная интенсивность отработки объема опережающей выемки обеспечивается за счет снижения взаимовлияния добычных работ и работ по ликвидации вскрышного отставания. Для этого необходимо создать улавливающие площадки шириной от 17 до 23 м в северной части карьера вдоль северо-восточного и юго-западного бортов.

4.4.2. Привлечение минимально необходимого количества оборудования на ликвидацию вскрышного отставания позволяет уменьшить объем капитальных затрат и общих расходов на горные работы. В результате, при развитии горных работ по ликвидации вскрышного отставания с учетом разработанных рекомендаций, по сравнению с проектом получен экономический эффект для условий Кия-Шалтырского карьера в размере 422,3 млн руб.

4.4.3. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что изложенные в диссертационной работе положения и методики можно рекомендовать к применению при разработке планов горных работ, направленных на ликвидацию вскрышного отставания на карьерах отрабатывающих вытянутые месторождения полезных ископаемых.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, изложены научно обоснованные технологические решения по определению параметров технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах, разрабатывающих вытянутые крутопадающие месторождения, включающие последовательность ведения горных работ при опережающей выемке части временного нерабочего борта и размещение улавливающей площадки на участке ликвидации вскрышного отставания для обеспечения добычи требуемых объемов руды, обеспечивающие экономическую эффективность за счет минимизации затрат при восстановлении добычной рабочей зоны карьера и имеющие существенное значение для горнодобывающей отрасли экономики страны.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации состоят в следующем.

1. Определены условия наличия вскрышного отставания на карьере (угол откоса рабочего борта превышает проектное значение) и окончания работ по его ликвидации (угол откоса рабочего борта равен проектному значению). Данные условия позволяют оценить реальное состояние карьера, что дает возможность принять необходимые меры в случае получения неудовлетворительных результатов. Также установлено, что ликвидация вскрышного отставания часто связана с нарушением проектного порядка разработки месторождения.

2. Предложена методика расчета объема ликвидации вскрышного отставания, позволяющая определить возможные варианты периода и глубины окончания ликвидации вскрышного отставания в карьере. Выбор наиболее экономически эффективного варианта предложено проводить на основании максимального значения чистого дисконтированного дохода. Конкурирующие варианты ликвидации вскрышного отставания имеют минимальные значения периода создания добычной рабочей зоны карьера с проектными параметрами.

3. Предложена технология горных работ, которая предусматривает ликвидацию вскрышного отставания выполнять с выделением объема опережающей выемки и объема доработки. Данная технология позволяет равномерно распределить выемку объема ликвидации вскрышного отставания во времени и разрабатывать его с минимально возможной производительностью по вскрыше и минимальными затратами.

4. Обоснован принцип, которым следует руководствоваться при возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше. В этом случае необходимо сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания.

5. Доказано, что уменьшить взаимовлияние добычных работ и работ по ликвидации вскрышного отставания возможно за счет создания на нижнем горизонте карьера широкой улавливающей площадки, размеры которой достаточны, чтобы разместить объем сброса породы с верхних уступов и подпорную стенку для нижних уступов.

6. Разработана технология подготовки горизонтов, позволяющая исключить вынужденные простои оборудования, связанные со стесненными условиями труда при отработке участков ВНБ. Параметры этих участков необходимо рассчитывать из условия размещения требуемого количества оборудования, транспортных коммуникаций и опасных зон при производстве взрывных работ.

7. Апробация полученных результатов диссертационной работы на карьере Кия-Шалтырского нефелинового рудника позволила обосновать последовательность разноса законсервированных уступов карьера и обеспечить проектную производительность карьера по руде в условиях ликвидации вскрышного отставания. Расчетный экономический эффект от внедрения указанных мероприятий, в ценах 2007 года, составил 3,5 млн руб.