16.01.2021

Технологические особенности и экономическая целесообразность поэтапной разработки смежных рудных тел одним карьером


Выделение этапов эксплуатации наиболее целесообразно при разработке группы смежных залежей одним карьером. В этих условиях возможно отрабатывать отдельные участки месторождения в необходимой последовательности, обеспечивающей предусмотренную проектом производственную мощность предприятия при минимуме затрат и максимуме прибыли.

Близкое размещение отдельных участков карьера позволяет организовать работу таким образом, что по мере отработки одного из участков в разработку вовлекается следующий участок, компенсирующий выбывающую производственную мощность, или участок, позволяющий увеличить производственную мощность карьера по добыче руды.

Так же как и в предыдущих рассмотренных случаях, при поэтапной разработке карьером смежных залежей, переход от одного этапа к другому должен сопровождаться заменой горнотранспортного оборудования. Уменьшение объемов горно-капитальных и вскрышных работ на первоначальных этапах разработки месторождения может осуществляться за счет более поздней отработки участков с большими объемами вскрыши.

Исследуем рациональный порядок и экономическую целесообразность разработки группы смежных залежей одним карьером на примере поэтапной эксплуатации Сорского месторождения. Из приведенного ранее описания следует, что в настоящее время промышленную ценность имеют три участка месторождения: Главный, Южный и Лагерный. Для каждого из этих участков характерны свои, присущие только ему особенности в распределении полезных компонентов в пределах рудного массива. Так, на Главном участке наблюдается постепенное уменьшение содержания металла в руде с глубиной при одновременном уменьшении коэффициента рудоносности. На Южном участке содержание металла в руде с глубиной значительно увеличивается при небольшом увеличении рудоносности. Лагерный участок характеризуется незначительными колебаниями содержания металла в руде по глубине, за исключением нижних горизонтов, где содержание увеличивается.

Запасы руды по участкам распределяются следующим образом: Главный — 34%, Южный — 27%, Лагерный — 39% от общих промышленных запасов.

В настоящее время производится доработка Главного участка карьера в пределах промежуточного контура. Заканчиваются вскрышные работы на Южном участке месторождения.

ТЭО реконструкции Сорского комбината предусматривает увеличение в десятой пятилетке производственной мощности по руде в 2,2 раза по сравнению с достигнутой в настоящее время. Для выбора оптимальной очередности разработки участков Copского месторождения должна быть решена сложная динамическая задача с учетом запланированного прироста мощности предприятия по горной массе и металлу.

Для решения поставленной задачи была разработана комплексная методика планирования, основанная на многофакторном анализе главных определяющих параметров.

Основные принципы построения методики следующие:

1. Производится исследование режима горных работ для каждого участка месторождения с построением графиков V=f=(P); M=f(P); Q=f(M), где V, P, Q и M — нарастающие объемы соответственно породы, руды, горной массы и металла.

2. Строятся графики L=f(T), показывающие зависимость длины блоков L от времени их отработки T, с помощью которых определяется годовая скорость понижения горных работ, интенсивность их развития в горизонтальном направлении и максимальная производственная мощность по горным возможностям для каждого участка.

3. Обосновывается наиболее эффективный критерий для комплексной оценки каждого варианта развития горных работ.

4. Производится совместный анализ построенных графиков по выбранному критерию и определяется оптимальный порядок ввода отдельных участков месторождения в эксплуатацию.

Алгоритм решения задачи оптимального порядка ввода участков Сорского месторождения в эксплуатацию показан на рис. V.12. Для исследования режима горных работ были использованы современные научные разработки с применением ЭВМ, учитывающие сложные взаимосвязи многих переменных.

При анализе режима горных работ на Главном участке был принят хорошо зарекомендовавший себя на Сорском карьере котлованный способ подготовки горизонтов к эксплуатации. При этом стремились закладывать котлованы на каждом горизонте в наиболее богатых участках рудной зоны. Результаты анализа режима горных работ представлены на рис. V.13 в виде графика F = f(Р). Из рис. V.13 видно, что в связи с необходимостью разноса временно погашенных бортов на большей части периметра Главного участка добыча руды при вскрытии и подготовке гор. от 820 м до 700 м будет сопровождаться значительными объемами вскрышных работ. Было установлено также, что расширение участка необходимо начинать с юго-западного борта карьера.
Технологические особенности и экономическая целесообразность поэтапной разработки смежных рудных тел одним карьером

При исследовании развития горных работ на участке Лагерном была применена методика Свердловского горного института с использованием ЭВМ «Минск-22». Для Лагерного участка был принят траншейный способ подготовки горизонтов к эксплуатации при вскрытии месторождения автомобильными съездами. Основные варианты развития горных работ показаны на рис. V.14, а. На рис. V.14, б показан образец погоризонтного плана Лагерного участка, подготовленного для машинной обработки на ЭВМ, с нанесенными контурами горизонта и рудной зоны и указанными положениями осей разрезных траншей.

На рис. V.15 показаны графики V=f(P) для рассматриваемых вариантов углубки карьера. Из графиков видно, что наиболее рациональным является второй вариант, предусматривающий углубку в западном борту карьера по контакту рудной зоны с вмещающими породами.


При анализе режима горных работ на Южном участке месторождения были рассмотрены варианты углубки карьера автомобильными съездами при траншейном и котлованном способах подготовки горизонтов к эксплуатации.

Траншейный способ был проанализирован по методике Свердловского горного института.

На рис. V.16, а показаны рассматриваемые варианты углубки карьера при траншейном способе подготовки горизонтов. Положения осей траншей для этих вариантов показаны на образце погоризонтного плана, представленного на рис. V.16, б.

При исследовании котлованного способа подготовки горизонтов был применен безвариантный метод объемного моделирования, разработанный в Ленинградском горном институте с использованием ЭВМ «Одра-1204». В данном случае ЭВМ выдает единственное оптимальное значение направления углубки карьера, точность которого определяется шагом разбивки карьерного поля по высоте на горизонтальные сечения. Для Южного участка месторождения шаг разбивки по высоте принят равным 10 м. На рис. V.16, а показано направление углубки Южного участка карьера, полученное для котлованного способа подготовки горизонтов.

На рис. V.17 представлены графики V = f(P), построенные для всех рассматриваемых вариантов развития горных работ. Из рисунка видно, что для Южного участка оптимальным является вскрытие горизонтов котлованом с углубкой в северо-западном направлении на верхних горизонтах с постепенным переходом в центр рудной зоны на нижних горизонтах карьера.

Проведенный анализ режима горных работ позволил перейти к определению производственной мощности отдельных участков карьера по горнотехническим возможностям. Полученные на основании произведенных расчетов значения производственной мощности участков карьера уточнялись по достоверности запасов и проверялись по транспортным возможностям. Окончательно была установлена следующая величина максимальной производственной мощности участков карьера (в % от плановой):

- при расширении Главного — 60; на Южном — 45; на Лагерном — 77,5.

Таким образом, расчеты показали, что ни один из участков Сорского месторождения не сможет обеспечить самостоятельно 100-процентной производительности комбината по добыче руды, предусмотренной планами развития данного предприятия. В этих условиях возникает вопрос об одновременной отработке двух участков и о рациональной очередности их освоения.

При разработке месторождений цветных металлов важно знать не только соотношение между количеством извлекаемых пустых пород и объемами добываемой руды, но и количеством добываемого из недр металла по мере отработки карьера. Решение данной задачи возможно, если в качестве критерия оптимальности принять коэффициент горной массы kм, который характеризует количество горной массы, приходящееся на единицу извлекаемого из недр металла.

Величина коэффициента горной массы

где Q — объем извлекаемой горной массы, м3;

M — количество добываемого металла, т;

P — объем добываемой руды, м3;

V — объем извлекаемых вскрышных пород, м3;

у — объемная масса руды, т/м3;

с — среднее содержание металла в 1 т добываемой руды, доли единицы;

kт — текущий коэффициент вскрыши, м3/м3.

Из формулы (V.26) видно, что использование коэффициента kм позволяет учесть как количественные, так и качественные показатели.

Применение коэффициента kм в условиях Сорского карьера позволило определить оптимальную очередность ввода участков месторождения в эксплуатацию. При решении данной задачи был использован новый графоаналитический метод, разработанный В.И. Папичевым.

Сущность метода заключается в следующем. На основании проведенных для каждого участка месторождения исследований режима горных работ строятся кумулятивные графики вида Q=f(M) и M=f(P), которые совмещаются по оси M (рис. V.18). По оси M откладывается нарастающий объем металла, полученный по мере отработки карьера, по осям Q и P — соответственно нарастающие объемы извлекаемой при этом горной массы и добываемой руды.

Очередность вовлечения участков в эксплуатацию определяется на основании положения кривых на графике вида Q=f(M). Принятый нами в качестве критерия оценки коэффициент kм на этом графике характеризуется тангенсом угла наклона касательной к кривой Q=f(M) в данной точке. Для определения величины коэффициента kм на графике Q=f(M) необходимо определить координаты точек начала и конца исследуемого периода и вычислить отношение AQ/AM.

При сравнении нескольких кривых наименьшее значение kм имеют кривые, занимающие более низкое положение, так как при одинаковом количестве извлекаемого из недр металла более эффективна отработка участка с наименьшими объемами горной массы. На основании данного признака целесообразна следующая очередность вовлечения участков Сорского месторождения в эксплуатацию: Южный, расширение Главного и затем Лагерный.

Установленный таким образом порядок отработки участков мог бы дать окончательное решение только в том случае, если бы каждый из этих участков в отдельности был способен обеспечить запланированную производительность комбината и характер кривых вида Q=f(M) по участкам в течение всего периода отработки не изменялся.

Однако каждый из участков Сорского месторождения может обеспечить только часть необходимого объема добычи (Лагерный — 77,5%, расширение Главного — 60%, Южный — 45% от плановой по карьеру). Следовательно, должна производиться отработка как минимум двух участков одновременно. Кроме того, по мере отработки участков меняется и характер графика Q=f(M) для каждого из них. Например, расширяемый Главный участок, начиная с гор. 710 м до гор. 640 м, будет иметь величину kм, меньшую, чем отрабатываемый в первую очередь участок Южный. Вследствие этого в процессе эксплуатации необходимо изменять степень нагрузки на каждый из них с тем, чтобы максимально нагрузить участок, имеющий минимальное значение коэффициента kм.

Так как Южный и Главный участки карьера при совместной работе могут обеспечить проектную производственную мощность, то в первый период в работе должны находиться только два этих участка. Причем один участок должен работать с максимальной по горнотехническим возможностям производительностью, так как при максимальной нагрузке обоих участков их производственная мощность будет превышать запланированную по карьеру.

Определение участка, который необходимо нагрузить максимально, производится путем сравнения величины kм, получаемой при условии максимальной нагрузки участков по горнотехническим возможностям. Для этого на шкале P для каждого участка от точек, до которых к сравниваемому периоду работы извлечены определенные объемы руды, откладывают максимально возможные по горнотехническим возможностям объемы добываемой руды в следующем году. Расстояния между линиями, проведенными из этих двух точек параллельно шкале M до пересечения с соответствующей участку кривой M=f(P), показывают величину приращения объема извлекаемой руды по участку. Далее из точек пересечения проводят вертикальные прямые до пересечения с соответствующей кривой Q=f(M). По расстоянию между вертикальными прямыми определяют количество металла, извлекаемого из недр в течение года. После этого из точек пересечения вертикальных прямых с кривой Q=f(M) проводят горизонтальные прямые до пересечения со шкалой Q, расстояние между которыми соответствует объему горной массы, извлекаемой в течение исследуемого периода на данном участке. Отношение полученного объема горной массы к количеству извлекаемого металла показывает годовое значение коэффициентов горной массы kм для рассматриваемого участка, а при необходимости и для третьего. По минимальному значению коэффициента kм определяется участок, который должен быть нагружен максимально по горнотехническим возможностям.

Например, если горные работы на Южном участке к концу исследуемого года достигли гор. 620 м (точка С на шкале Р), а при расширении Главного к тому же времени — гор. 710 м (точка А на шкале Р) и до исследуемого положения Южный участок был нагружен максимально по горнотехническим возможностям, а Главный дополнял объем добычи до плановой, то для определения степени нагрузки участков в следующем году необходимо найти величину коэффициента kм, которую будет иметь каждый из участков при условии его максимальной нагрузки по горнотехническим возможностям. Для этого от точки А для Главного участка и от точки С для Южного участка откладываются максимально возможные годовые объемы руды соответственно AB и CD. Эти объемы равны соответственно 0,7 и 0,6 условных единиц. Далее параллельно оси M проводятся линии из точек А и В до пересечения с кривой M=f(P) для Главного участка, а из точек C и D соответственно для Южного участка. После этого проводят вертикальные прямые из полученных точек до пересечения с соответствующими каждому участку кривыми Q=f(М). Далее проводят горизонтальные прямые до пересечения со шкалой Q. Произведенные построения позволяют определить объемы горной массы и металла, которые могут быть отработаны в следующем году при условии максимальной нагрузки каждого из участков по горнотехническим возможностям и, следовательно, годовые значения коэффициентов kм. В данном случае для Главного участка kм=2,08, а для Южного kм=3,75 и, следовательно, Главный участок в течение следующего года должен давать максимально возможный объем руды, необходимый для поддержания плановой производственной мощности карьера.

Построения и расчеты, проведенные на последующие годы, доказали, что Главный участок должен иметь максимальную нагрузку до гор. 640 м. Южный участок, достигнув к этому времени гор. 580 м, при. дальнейшей углубке будет иметь величину коэффициента kм, меньшую, чем Главный, и, следовательно должен быть нагружен максимально.

Такие построения и расчеты позволили определить степень нагрузки каждого участка Сорского месторождения в различные периоды его отработки и составить оптимальный календарный план горных работ.

На рис. V.18 кривые Q=f(M) в зависимости от степени нагрузки показаны разными линиями.

Участки кривых с максимальной нагрузкой (в интервалах между соответствующими горизонтами) показаны сплошными линиями. Пунктирными линиями показаны интервалы кривых, где нагрузка ниже максимальной. Крестиками доказаны интервалы кривых, где производится нагрузка, необходимая только для обеспечения плановой производственной мощности.

Регулирование режима горных работ по участкам позволило существенно изменить объемы вскрышных работ в текущий этап эксплуатации и снизить тем самым себестоимость добычи.

Совместный анализ горных работ по участкам позволил также найти оптимальный срок ввода в эксплуатацию наименее благоприятного Лагерного участка.

Расчеты, проведенные по данной методике, позволили составить, оптимальный календарный план горных работ для Сорского карьера. Сравнение разработанного календарного плана с проектным представлено в табл. V.5.


Рекомендуемый вариант предусматривает в течение первых 15 лет эксплуатации перераспределение объемов руды и пород между участками карьера относительно проектного в следующих размерах:

а) на Главном участке снижение добычи на 13% с одновременным уменьшением объема горной массы на 11%;

б) на Южном участке увеличение добычи на 42% при уменьшении объема горной массы на 9%, что достигается в основном за счет улучшения режима горных работ;

в) на Лагерном участке снижение добычи на 35% при увеличении объема горной массы на 3 %.

К вскрытию Лагерного участка, имеющего большие объемы вскрышных работ, рекомендуется приступать в 1982 г., т. е. на 2 года позже, чем предусмотрено проектом.

Внедрение предлагаемых рекомендаций позволит в результате улучшения режима горных работ и перераспределения объемов руды и горной массы между участками карьера перенести часть вскрыши в объеме 23,6 млн. м3 на более поздний период и получить суммарный экономический эффект в размере 8,5 млн. руб.

Расчеты производились по типовой методике с учетом фактора времени и приведением эксплуатационных и капитальных затрат к единому моменту оценки (1976 г.).

Предлагаемая новая методика оценки порядка ввода в эксплуатацию отдельных участков месторождения позволит научно обоснованно рекомендовать оптимальный вариант их разработки и получить большой народнохозяйственный эффект. Эта методика может быть широко использована проектными организациями и исследовательскими институтами.





Яндекс.Метрика