Определение параметров временного нерабочего борта при консервации вскрыши в торце карьера

Консервация вскрыши в торцах карьеров производится на многих горных предприятиях.

В ряде случаев рабочая зона карьера позволяет при консервации одного торца обеспечивать выполнение производственного плана за счет более быстрого темпа углубки карьера и форсированного продвижения горных работ на других участках. При этом суммарное время формирования временного нерабочего борта и его отработки может быть весьма продолжительным.

Для оценки экономической целесообразности консервации объемов вскрыши в бортах карьеров должен применяться достаточно надежный метод, учитывающий специфику этих работ.

Методом, позволяющим получить как общее представление о характере взаимосвязей параметров временного нерабочего борта с условиями разработки, так и частные значения для конкретных месторождений, является экономико-математическое моделирование с использованием ЭВМ. Принцип экономико-математического моделирования был использован при разработке методики выбора рациональных параметров временного нерабочего борта для условий объемной задачи.

При решении данной задачи приняты следующие допущения: нерабочий борт карьера в зоне консервации представляет собой коническую поверхность второго порядка; рабочий борт, переходящий при консервации во временно нерабочий борт, — плоскость. Порядок формирования объема консервируемых пустых пород и последующей его отработки показан на рис. V.5.

Данный метод заключается в сопоставлении экономии, получаемой при уменьшении вскрышных работ за счет оставления пустых пород во временном борту, с затратами на последующую их отработку.

Экономия в период формирования временного нерабочего борта

Затраты в период отработки временно нерабочего борта после консервации

Обозначения в формулах (V.20) и (V.21) следующие:

T1 и T2 — период формирования и отработки временного нерабочего борта, лет;

св — себестоимость 1 м3 вскрышных работ, руб.;

Vi, Vi-1 — годовые объемы вскрыши, м3;

Ен.п — норматив для приведения разновременных затрат;

q — удельные дополнительные капиталовложения на оборудование, необходимое для отработки временного борта, руб/м3;

Eн — коэффициент эффективности капитальных вложений;

k — коэффициент удорожания себестоимости вскрышных работ при отработке объема консервации.

Условие целесообразности консервации вскрыши во временном нерабочем борту следующее:

Определение параметров временного нерабочего борта при консервации вскрыши в торце карьера

Экономия рассматривается как альтернативные затраты, которые могли иметь место, если бы консервация вскрыши не производилась.

Процессы формирования временного нерабочего борта и его отработки, а также соответствующие изменения затрат были математически формализованы и представлены в виде программы для решения на ЭВМ «Одра-1204».

В качестве основных влияющих факторов приняты:

H — высота временного нерабочего борта, м;

а2 — угол откоса рабочего борта, градус;

а3 — угол откоса временно нерабочего борта, градус. Математической моделью участка консервации является часть конической фигуры. Искомый объем получается в результате пересечения с двумя плоскостями T1T4 и T1T2, перпендикулярными к плоскости XOZ (рис. V.6). Для этапа формирования борта задача заключается в определении этого объема и характера его изменения в зависимости от значения указанных выше влияющих факторов.

Декартова система координат. Сечение конической фигуры ОТ3СТ3 плоскостью Z = const, представляет собой эллипс

При z = ОС = С полуоси эллипса А и В известны, высота С также известна, а при z=/=С полуоси эллипса вычисляются по следующим формулам:

где S(z) — площадь горизонтального сечения участка консервации,

z4 и z1 — минимальная и максимальная высоты участка;

где у(х) — вычисляется по формуле (V.23);

t1 и t2 — горизонтальные границы участка для каждого фиксированного Z.

Переменная z связана с координатами t1 и t2 линейной зависимостью.

Искомый объем

Согласно формулам (V.20)—(V.25) была составлена программа для ЭВМ «Одра-1204», с помощью которой получены характерные зависимости объемов консервации и их экономической эффективности от параметров конической фигуры и от основных влияющих факторов (рис. V.7).

Математическое описание для годовых объемов пустых пород, отрабатываемых в период расширения временного борта, аналогично изложенному выше. Отличие заключается лишь в переменном значении угла а3 для различных положений временного борта (см. рис. V.5).

Задача решалась для следующих конкретных условий. Коническая поверхность образует пересечение с горизонтальной поверхностью земли в виде эллипса с полуосями 600 и 800 м. Угол откоса нерабочего борта а1 = 45°. Расстояние T1T4, характеризующее положение временного борта, равно 200 м. В общем случае точка T4 соответствует положению горных работ на момент принятия решения с начала консервации вскрыши.

Исследования проводились в следующих интервалах изменения: H — от 90 до 360 м, а2 — от 10 до 24°, а3 — от 26 до 40°.

Градиент изменения H — 30 м; а2 и а3 — 2°.

В расчетах принимались: св = 0,5 руб/м3; k = 1,15; Eн.п = 0,08; Ен = 0,12; q = 0,8 руб/м3; T1 = T2 = 12 лет.

Исследования показали, что в условиях объемной задачи влияние основных факторов на изменение объемов консервации и эффективность оставления временного нерабочего борта является сложным и по своему характеру зависит от сочетания величин H, а1 и а3.

Объем консервации увеличивается с глубиной, но по принципиально разным закономерностям, зависящим от соотношения величин а2 и а3. Установлено, что для малых значений угла откоса рабочего борта а2, характерных для железнодорожного транспорта, объем консервации увеличивается с уменьшением угла откоса временного нерабочего борта. При больших углах а2, отвечающих условиям применения автомобильного транспорта, объем увеличивается с увеличением значения угла а3 (см. рис. V.7).

Аналогичные результаты были получены при анализе закономерностей изменения эффективности P = Э—З консервации вскрыши от угла откоса временно нерабочего борта (рис. V.8) и от высоты временно нерабочего борта (рис. V.9).

Результаты исследований позволили сделать следующие выводы.

Эффективность консервации вскрыши растет с увеличением объема консервации, который, в свою очередь, возрастает с глубиной. Для выбранных значений входящих в формулы величин возрастание эффективности происходит монотонно, без экстремальных точек. Учитывая монотонный характер изменения функций при решении данной задачи следует вводить ограничения, исходя из технологии производства работ в карьере, длины рудного фронта, режима горных работ и наличия оборудования.

Технологическая схема отработки временного нерабочего борта показана на рис. V.10.

В пределах каждого из объемов АОВ, BOC и т. д. горные работы можно производить либо последовательно на уступах в нисходящем порядке, либо, если того требует интенсивность работ и позволяют условия, одновременно на нескольких уступах с некоторым отставанием забоев по фронту.

В связи с реконструкцией Кальмакырского карьера были проведены исследования по определению рациональных параметров участка консервации вскрышных пород в его восточном торце (рис. V.11).

При решении задачи в общем виде на ЭВМ «Одра-1204» в программу были заложены параметры предполагаемого участка консервации, имеющего в плане форму части эллипса:

Задача решалась в соответствии с изложенной методикой

В табл. V.4 показана экономическая эффективность P = Э—З, млн. руб. (при а2 = 10°) временной консервации вскрыши в восточном торце карьера в зависимости от угла откоса борта а3 и его высоты Н.

Полученные результаты по параметрам консервации вскрыши корректировались исходя из условий режима горных работ в расширенном контуре Кальмакырского карьера.

Основными ограничивающими в данном случае условиями являлись:

а) необходимость своевременной отработки временного нерабочего борта со стороны участка расширения для освобождения рудного поля с целью обеспечения и поддержания производственной мощности карьера;

б) необходимость укладки железнодорожного съезда на гор. 595—530 м на участке консервации.

С учетом указанных ограничений были определены рациональные параметры временного нерабочего борта и экономически эффективный объем вскрыши, временно консервируемой в нем

Высокая экономическая эффективность консервации больших объемов вскрыши получена в данном случае в основном за счет большого периода времени между началом консервации вскрыши и окончанием процесса расширения бортов (T1 = 12 лет и T2 = 12 лет).

Как видно из формул (V.20)—(V.22), эта эффективность зависит также от ряда других параметров.