Выбор параметров системы разработки с учетом рекультивации карьеров строительных горных пород Казахстана

Актуальность работы. В решениях ХХУ1 съезда КПСС предусмотрено увеличить в стране объем выпуска стройматериалов на 17−19 $, что неразрывно связано с интенсивной разработкой месторождений строительных горных пород. В Казахской ССР добыча строительного камня, гравия, песка, песчано-гравийной смеси, известняков, глины, облицовочных и других материалов достигла в 1982 г. 65 млн. м3.

В работе рассматриваются месторовдения строительных горных пород Казахстана, расположенных в основном в зоне агротехнически развитого, а по климатическим условиям — рискованного земледелия. Эти месторождения имеют, как правило, небольшую мощность полезной толщи (от 5 до 60 м) и сравнительно большие площади залегания (до 100−150 га).

Результатом их эксплуатации была значительная часть из нарушенных к 1982 г. 200,0 тыс. га сельхозугодий, имеющих к тому же в Казахстане ограниченные: ресурсы.

В целом, ежегодно из сельскохозяйственного оборота республики выбывает около 30 тыс. га земель.

Из-за методически неправильного подхода к проектированию, разработке и рекультивации месторождений строительных горных пород стоимость одного гектара восстановительных работ остается на высоком уровне, составляя от 5 до 20 тыс. руб., темпы рекультивации значительно отстают от темпов нарушения площадей.

Создавшееся положение определяет актуальность и необходимость изучения процессов взаимного влияния добычных и рекульти-вационных работ для выработки научно обоснованных решений, способствующих повышению эффективности мероприятий по восстановлению нарушенных земель.

Решение этой проблемы будет содействовать претворению в жизнь «Основных налравлений экономического и социального развития в СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 года,» где предусмотрено". улучшать охрану природы, усилить работу по сохранности сельскохозяйственных угодий, борьбу с эрозией почв, повысить темпы работ по рекультивации земель ." и Продовольственной программы СССР на период до 1990 г., принятой на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС.

Цель диссертационной работы. Выявление и анализ основных: факторов, определяющих технико-экономические показатели рекульти-I вационных работ. Разработка экономико-математической модели задачи выбора рациональных параметров элементов системы разработ-1 ки, обеспечивающих эффективность восстановительных работ в кон' кретных экономико-географических, горногеологических и горнотехнических условиях месторождений строительных горных пород.

Основные задачи исследования.

1. Выявить и проанализировать основные горногеологические, горнотехнические и экономико-географические факторы, влияющие на эффективность рекультивационных работ.

2. Выявление основных закономерностей изменения затрат на рекультивацию в зависимости от принятых параметров элементов системы разработки. ^.

3. Разработка методики выбора рациональных параметров элементов системы разработки с учетом рекультивационных работ.

4. Внедрение предлагаемых рекомендаций по оптимизации параметров систем разработки на карьерах строительных горных пород Казахстана.

Фактический материал. Основу диссертационной работы составляют материалы исследований фактического состояния горнодобычных и рекультивационных работ, проведенных автором с 1974 г. по 1983 г. по 80 карьерам строительных горных пород Казахстана. За это время автором установлена степень влияния горногеологических, горнотехнических и экономико-географических факторов, а также параметров систем разработки на эффективность рекультива-ционных работ.

Разработанная на основании исследований автора методика выбора рациональных параметров систем разработки использована при составлении проектов разработки и рекультивации месторовдений строительных горных пород Казахстана.

В работе использованы труды отдельных авторов и коллективов по рекультивации нарушенных земель.

Исследования проводились в соответствии с планом научно-исследовательских работ, утвержденных Госкомитетом по науке и технике при Совете Министров СССР «Разработать научно-технические решения, обеспечивающие максимальную эффективность рекультивационных работ на карьерах нерудных строительных материалов», государственный регистрационный номер (154) Н8а,.

Методика исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований:

— анализ и обобщение данных практики разработки и рекультивации месторождений строительных горных пород;

— анализ степени влияния горногеологических, горнотехнических условий отработки, параметров элементов систем разработки на технико-экономические показатели рекультивационных работ ;

— экономико-математическое моделирование для выбора основных параметров элементов системы разработки месторождений строительных горных пород, обеспечивающих максимальную эффективность рекультивационных работ.

При обработке получаемых данных и оценке их точности и достоверности использовались методы математической статистики.

К основным научным положениям, защищаемым в работе относятся:

— впервые установлено, что выбор порядка отработки и параметров элементов системы разработки целесообразно производить комплексно, по критерию минимизирующим суммарные затраты на добычные и рекультивационные работы с учетом экономического ущерба при изъятии земель и экономической отдачи рекультивированного карьера- ^.

— впервые установлено, что эффективная разработка и рекультивация месторождений строительных горных пород обеспечивается при высоте рабочей зоны по полезному ископаемому, равной его мощности, минимальной длине фронта работ и ширине рабочей площадки и выборе рациональных угла откоса и высоты уступа с учетом восстановительных работ. При этом стоимость восстановительных работ снижается в большей степени, чем удорожание добычи полезного ископаемого ;

— разработана методика выбора рациональных параметров элементов системы разработки, отличающаяся тем, что угол откоса и высоты уступа и рабочей зоны, длина фронта работ, ширина рабочей площадки и порядок отработки определяются с учетом рекультиваци-онных работ.

Идея работы.

Рассмотреть совместно в пространстве и времени технологические параметры добычных работ на месторождениях строительных горных пород Казахстана и рекультивации выработанного пространства.

Достоверность научных положений обеспечена надежной информацией о состоянии добычных и рекультивационных работ, полученной на 80 действующих предприятиях, обработанной с привлечением современных методов исследований, удовлетворительной сходимостью теоретических расчетов с данными практики и проектными решениями и последующей проверкой результатов при внедрении в производство.

Научная новизна работы:

— впервые разработана и предложена методика оценки зависимости эффективности рекультивационных работ от принятых параметров элементов системы разработки и сложившихся горногеологических, горнотехнических и экономико-географических условий отработки полезного ископаемого ;

— впервые разработана и предложена экономико-математическая модель задачи выбора рациональных параметров элементов системы разработки, обеспечивающих наибольшую эффективность рекультивационных работ в конфетных условиях месторовдений строительных горных пород.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований позволяют принимать обоснованные научно-технические, проектные решения по выбору рациональных параметров систем разработки с учетом необходимости повышения эффективности рекультивационных работ на карьерах строительных горных пород.

Для условий месторовдений строительных горных пород разработаны практические рекомендации, что позволило уменьшить экономический ущерб от изъятия земель, темпы нарушения площадей, затраты на рекультивацию, сроки начала восстановительных работ и увеличить экономическую отдачу рекультивированной поверхности.

Реализация работы. Разработанные рекомендации легли в основу при определении рациональных параметров элементов системы разработки на ряде месторовдений строительных горных пород Казахстана.

Внедрение результатов исследований на Аэродромном месторождении глин Усть-Каменогорского комбината строительных материалов позволило сократить затраты на рекультивацию, уменьшить экономический ущерб от изъятия земель, повысить экономическую отдачу рекультивированного карьера на общую сумму 495,6 тыс. руб.

Достигнут значительный экономический эффект от внедрения рациональных параметров элементов системы разработки на Капча-гайском, Шолаксайском месторождениях песка и Бражихинском месторождении мраморизованных известняков.

Апробация работы. Диссертационная работа и основные ее положения докладывались и были одобрены на заседании лаборатории разработки нерудных месторождений и секции Ученого совета Института горного дела АН КазССР (Алама-Ата, 1979;1983 гг.), обсуждены на Всесоюзном совещании по безотходной технологии переработки полезных ископаемых (ШКОН, Москва, 1979 г.), на УП Всесоюзной научной конференции ВУЗов СССР (МГИ, Москва, 1981 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции по рекультивации земель в СССР (Минсельхоз СССР, ВДНХ СССР, Москва, 1982 г.), на техническом совете республиканских промышленных объединений «Каз> стенматериалы» и" Казнерудма териалы" (Алма-Ата, 1983 г.), на научно-техническом совете Казахской горно-геологической экспедиции МПСМ КазССР (Алма-Ата, 1983 г.), экспонировались и удостоены дипломов и медалей ВДНХ СССР и Казахской ССР (приложения II, 12),.

Публикация. По результата выполненых исследований опубликовано 12 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из95 наименований и представлена на 185 страницах машинописного текста, со.

Основные выводы и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Впервые установлено, что выбор порядка отработки и параметров элементов системы разработки целесообразно производить комплексно, по критерию минимизирующим суммарные затраты на добычные и рекультивационные работы с учетом экономического ущерба при изъятии земель и экономической отдачи рекультивированного карьера.

2. Впервые установлено, что эффективная разработка и рекультивация месторождений строительных горных пород обеспечивается при высоте рабочейзрнь1 по полезному ископаемому, равной его мощности, минимальной длине фронта работ и ширине рабочей площадки и выборе рациональных угла откоса и высоты уступа с учетом восстановительных работ. При этом стоимость рекультивационных' работ снижается в большей степени, чем удорожание добычи полезного ископаемого .

3. Впервые установлено, что выбор добычного оборудования должен осуществляться с учетом рекультивационных работ.

4. Установлено, что с углублением горных работ на каждые.

10 м, затраты на рекультивацию выработанного пространства возрастают до 40%, а его экономическая отдача уменьшается до 15%, при этом удорожание себестоимости добычи за счет восстановительных работ увеличивается от 1,5 до 3 раз.

5. С увеличением угла откоса и высоты уступа объемы работ по выполаживанию бортов карьера возрастают по параболической зависимости, а площади рекультивируемой поверхности и ее экономическая отдача — по прямолинейной. При этом переход на многоуступную отработку способствует: сокращению экономического ущерба от изъятия земель в пределах 40 раз и объемов вскрышных пород, вывозимых во внешние отвалы до начала восстановительных работ от 14 до 30 раз, а также уменьшению объемов вторичных вскрышных работ по параболической зависимости при увеличении угла откоса уступа.

6. Уменьшение ширины рабочей площадки и длины фронта работ приводят, при многоуступной отработке, к сокращению сроков передачи первых восстановленных участков, экономического ущерба от изъятия земель и объемов вскрышных пород, вывозимых во внешние отвалы до начала рекультивационных работ по линейной зависимости.

7. Увеличение высоты уступа, в частности на 5 м, приводит к уменьшению сроков начала рекультивационных работ в среднем на 10 лет при одноуступной отработке и возрастанию их при многоуступной выемке полезного ископаемого до 1−1,5 лет.

8. Разработана методика выбора рациональных параметров элементов системы разработки, отличающаяся тем, что порядок отработки, длина фронта работ, ширина рабочей площадки, угол откоса и высоты уступа и рабочей зоны определяются с учетом рекультивационных работ.

9. Выбор параметров элементов системы разработки и порядка отработки, по разработанной методике, в процессе проектирования карьеров на Аэродромном месторождении глин и Шолоксайском месторождении песка и внедрение его в производство позволило получить экономический эффект в сумме 855,5 тыс. руб. за счет увеличения высоты уступа соответственно на 5 и 5 м — угла откоса уступа на 30°и 10° - уменьшения ширины рабочей площадки на 16 и 22 м, длины фронта работ на 250 и 125 мперехода на многоуступную отработку при высоте рабочей зоны равной мощности полезного ископаемого. в.

10. Результаты исследований были использованы Казахской горногеологической экспедиции и в институте Каздорпроект при составлении проектов разработки месторождений строительных горных пород и рекультивации выработанного пространства для предприятий министерств промстройматериалов, строительства предприятий тяжелой индустрии, автомобильных дорог, сельского строительства и местной промышленности Казахской ССР. Могут быть применены при проектировании других пологопадающих полезных ископаемых, залегающих на незначительной глубине и разрабатываемых открытым способом.

— м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Отсутствие научно обоснованной методики оценки взаимосвязи горных и рекультивационных работ, учитывающей влияние различных факторов на эффективность восстановительных работ, привело к высокой стоимости рекультивации карьеров строительных горных пород Казахстана, значительному опережению темпов нарушения земель над темпами восстановительных работ.

Б диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи выбора параметров систем разработки месторождений строительных горных пород, обеспечивающих максимальную эффективность рекультивации нарушенных земель.