Обоснование способов вскрытия запасов за контурами карьеров при комбинированной разработке месторождений

Актуальность работы. В результате освоения крутопадающих месторождений открытым способом остаются запасы, расположенные за предельными контурами карьеров, доработка которых более экономична подземным способом. Анализ практики показывает, что наибольшее число рудников, осуществляющих освоение месторождений комбинированным способом, приходится на предприятия по разработке руд цветных металлов — более 60%. При этом 60−65% рудников осуществляют отработку запасов, находящихся ниже отметки дна карьера, 15−18% - в бортах карьеров и около 25% -удаленных от карьера, отдельно расположенных залежей или участков месторождений. Но во всех случаях эффективность освоения запасов во многом зависит от правильного выбора способа и системы вскрытия залежей за предельным контуром карьера.

В отечественной практике освоения месторождений комбинированным способом наибольшее распространение получили традиционные способы вскрытия таких запасов с земной поверхности, характеризующиеся большими объемами работ и длительными сроками строительства рудников. Только в последнее время стали использовать в качестве рудовыдачной или вспомогательной вскрывающей выработки карьерные съезды. Использование карьерного пространства для вскрытия залежей за контуром карьера позволят в полной мере реализовать преимущества комбинированной геотехнологии.

Создание единой системы вскрытия и подготовки запасов на различных этапах развития открытых и подземных работ, увязанных во времени и в пространстве, должно стать основой проектирования комбинированной разработки. При этом карьерные транспортные системы и сам карьер целесообразно рассматривать как вскрывающие выработки для запасов, подлежащих подземной отработке, а вскрывающие подземные выработки могут быть использованы для вскрытия глубоких горизонтов карьера, что позволяет существенно снизить капитальные и эксплуатационные расходы предприятий.

Разработка типовых систем и классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера для условий комбинированной отработки месторождений с обоснованием параметров и определением области эффективного применения каждого представляет весьма актуальную задачу.

Целью работы является изыскание рациональных способов вскрытия запасов за предельным контуром карьера при освоении месторождений комбинированной геотехнологией, обеспечивающих снижение капитальных и эксплуатационных затрат, а также сокращение сроков ввода подземного рудника в эксплуатацию.

Идея работы заключается в обосновании путей снижения капитальных и эксплуатационных затрат, сокращении срока строительства подземного рудника за счет различных способов использования карьерного пространства для вскрытия запасов за предельными контурами карьеров.

Объект исследований — запасы за предельными контурами карьеров, подлежащие отработке подземным и открыто-подземным способами.

Предмет исследований — способы и системы вскрытия закогтурных запасов и обоснование области их рационального применения. Способ вскрытия определяет тип, число и назначение вскрывающих выработок, а система вскрытия — последовательность и порядок проведения вскрывающих выработок, определенные во времени и в пространстве.

Основными задачами исследования являются:

— обобщение опыта вскрытия и подготовки месторождений, отрабатываемых комбинированным способом;

— анализ существующих тенденций и совершенствование методик выбора способов вскрытия месторождений;

— разработка типовых систем и классификация способов вскрытия законтурных запасов месторождений, осваиваемых комбинированными способами;

— обоснование методики определения рациональных параметров вскрытия запасов за предельным контуром карьеров;

— разработка рекомендаций и технико-экономическая оценка предлагаемых проектных решений.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Выбор рационального варианта вскрытия запасов за контуром карьера определяется производственной мощностью подземного рудника, глубиной карьера, подземных откаточных горизонтов и удаленностью залежей от контура карьера и не зависит от вида и ценности полезного ископаемого.

2. При расположении запасов в бортах карьера глубиной до 400 м вскрытие их автомобильным уклоном с поверхности предпочтительно при глубине расположения запасов от поверхности до 200−250 м и годовой производительности рудника до 1 млн.т. При большей глубине и производительности в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстояние менее 5-кратной глубины карьера целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении — вертикальными стволами с поверхности.

3. При глубине расположения запасов ниже дна карьера до 200 м более экономичным является их вскрытие из карьерного пространства с помощью штолен и наклонных съездов или стволов, при большей глубине распространения запасов предпочтителен традиционный способ вскрытия посредством вертикальных стволов с поверхности.

4. При традиционном способе вскрытия вертикальными стволами с поверхности организация горно-капитальных работ по строительству подземного рудника из карьерного пространства позволяет сократить сроки строительства на 1−3 года и получить дополнительный доход в размере 7−9% за счет совмещения работ по сооружению подземных горизонтов и проходке стволов.

Научная новизна:

— методика выбора при проектировании способа и системы вскрытия запасов, расположенных за предельным контуром карьера, заключающаяся в оценке целесообразности использования карьерного пространства в качестве основной или вспомогательной вскрывающей выработки;

— области рационального использования карьерного пространства для целей вскрытия и подготовки приконтурных запасов и строительства подземного рудника;

— классификация способов вскрытия запасов за предельным контуром карьеров по признаку использования карьерного пространства для вскрытия и освоения дорабатываемых запасов.

Личный вклад автора состоит в:

— анализе и обобщении теории и практики вскрытия запасов за предельными контурами карьеров;

— разработке способов вскрытия законтурных запасов при комбинированной геотехнологии;

— разработке экономико-математических моделей для оценки эффективности способов вскрытия;

— обосновании областей применения способов вскрытия с использованием карьерного пространства;

— разработке проектов по освоению законтурных запасов медноколче-данных месторождений Южного Урала.

Практическое значение состоит в разработке вариантов вскрытия запасов за предельными контурами карьеров, обосновании параметров и области их применения, создании программного комплекса, позволяющего рассчитывать технико-экономические показатели вариантов вскрытия.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных, применением апробированных методик моделирования и эмпирических зависимостей, сопоставимостью результатов исследований с данными проектных организаций и горных предприятий.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта вскрытия запасов за предельными контурами карьеров, методы проектирования и технико-экономической оценки проектных решений, экономико-математическое моделирование вариантов вскрытия, технико-экономические расчеты по обоснованию проектных решений и их внедрения, статистическую обработку результатов расчетов.

Реализация рекомендаций: результаты исследований использованы при разработке проектов освоения месторождений: Султановское, Терньер-ское, Юбилейноевнедрены в учебные курсы высшего профессионального образования «Проектирование рудников», «Вскрытие и подготовка рудных месторождений» для специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Геомеханика в горном деле» (Екатеринбург, 2000), «Неделя горняка» (Москва, 2003, 2004, 2005, 2007), «Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность горных работ» (Магнитогорск — Сибай, 2003), ежегодных научно-технических конференциях по итогам НИР (Магнитогорск: МГТУ), научно-технических совещаниях горнодобывающих предприятий «У ГМК-Холдинг».

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 96 наименований и содержит 169 страниц машинописного текста, 57 рисунков.

Выводы.

1. Реализация предлагаемых методических подходов к выбору рациональных способов вскрытия законтурных запасов карьеров на примере мед-ноколчеданных и золотоносных месторождений показала высокую эффективность вариантов вскрытия с использованием карьерного пространства в качестве главных и вспомогательных выработок по сравнению с традиционными вариантами. Экономический эффект составил по Султановскому месторождению — 1,4, Тарньерскому — 0,5 и Юбилейному — 4,0 млн у.е.

2. Сформулированы основные положения методики выбора экономически целесообразного варианта вскрытия законтурных запасов, сущность которой состоит в рассмотрении, наряду с традиционными вариантами вскрытия с поверхности, вариантов вскрытия с использованием пространства карьеров как для выдачи рудной массы, так и для вспомогательных целей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-практической задачи — разработана методика изыскания рациональных способа и системы вскрытия запасов за предельными контурами карьеров при проектировании комбинированной геотехнологии. Основные выводы заключаются в следующем.

1. При проектировании способов вскрытия запасов за проектными контурами карьеров карьерные съезды и сами карьерные выемки должны рассматриваться в качестве вскрывающих выработок, что позволяет уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, сократить сроки ввода подземного рудника в эксплуатацию.

2. Проектирование систем вскрытия запасов за предельным контуром карьера следует осуществлять в рамках единого проекта, учитывающего требования освоения запасов на всех этапах развития горных работ в части размещения отвалов на поверхности и внутри карьера, оставления берм и площадок в перспективных местах заложения вскрывающих подземных выработок, рациональной трассировки капитальной траншеи, обеспечения возможности использования технологического комплекса карьера, вспомогательных цехов на стадии подземной разработки.

3. Доказано, что способ вскрытия запасов за предельным контуром карьера зависит преимущественно от глубины карьера, удаленности запасов от поверхности и карьерной выемки и производительности подземного рудника, а вид и ценность полезного ископаемого не оказывают влияние на выбор рационального варианта.

4. Предложена классификация способов вскрытия запасов за проектными контурами карьеров по признаку использования карьерного пространства для вскрытия запасов за его контуром. В соответствии с классификацией разработаны 6 типовых систем вскрытия приконтурных запасов, непосредственно выходящих в борта и основание карьеров, и 6 типовых систем вскрытия удаленных от карьера запасов, расположенных выше и ниже уровня его дна.

5. Дана методика выбора рационального варианта вскрытия запасов за контуром карьера в зависимости от его глубины, месторасположения и удаленности залежей от контура карьерной выемки, а также производительности подземного рудника.

6. Определена предельная глубина вскрытия придонных запасов рудо-выдачными автомобильными уклонами, проводимыми из карьера, равная 200 м. При больших глубинах распространения запасов в дне карьера экономически предпочтительными являются традиционные способы вскрытия с помощью вертикальных клетьевых и скиповых стволов, проводимых с поверхности, причем с ростом глубин расположения откаточных горизонтов и карьера преимущество этих способов, по сравнению с вариантами вскрытия из карьера, увеличивается.

7. Показано, что с ростом глубины карьера наблюдается снижение дисконтированного эффекта (5% на каждые 80 м глубины карьера) от применения вскрытия автомобильными уклонами из карьера, определяемое увеличением дальности транспортирования рудной массы карьерными самосвалами.

8. Установлено, что при расположении запасов в бортах карьера глубиной до 400 м вскрытие их автомобильным уклоном с поверхности предпочтительно при глубине расположения запасов от поверхности до 200−250 м и годовой производительности рудника до 1 млн.т. При большей глубине и производительности в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстояние менее 5-кратной глубины карьера целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении — вертикальными стволами с поверхности.

9. Доказано, что использование карьерного пространства для вскрытия запасов за контуром карьеров сокращает срок строительства рудника на 1−3 года и позволяет получить дополнительный доход 7−9% по сравнению с традиционными способами строительства рудника.

10. Определены рациональные варианты вскрытия законтурных запасов медно-колчеданных месторождений Султановское, Тарньерское и Юбилейное, что позволило получить дополнительно чистый дисконтированный доход по сравнению с традиционными вариантами вскрытия с поверхности соответственно 37,8, 13,5 и 108 млн. р. в ценах 2007 г.