авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Динамика формирования рабочей зоны карьера при поэтапной разработке крутопадающих месторождений

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Андриевский Павел Витальевич

Динамика формирования рабочей зоны карьера при поэтапной разработке крутопадающих месторождений

Специальность 25.00.21 Теоретические основы проек-тирования горнотехнических систем

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Холодняков Генрих Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Капутин Юрий Евгеньевич

кандидат технических наук

Ишкулова Индира Анваровна

Ведущая организация - ОАО «Гипроруда»

Защита диссертации состоится 28 мая 2010 года в 13 час. 15 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.224.09 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 27 апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э.И.БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из особенностей ведения открытых горных работ на крутопадающих месторождениях является значительное увеличение текущих объемов вскрыши на момент подхода рабочих уступов к границам карьера. Это увеличение может превышать значение среднего коэффициента вскрыши более чем на 60%. Снижение эксплуатационного коэффициента вскрыши и равномерное распределение текущих объемов горной массы являются необходимыми мерами для повышения экономической эффективности работы карьера, которого можно достичь за счет поэтапной разработки месторождения с оставлением в рабочем пространстве участков временно нерабочих бортов (ВНБ).

Проектированию открытой разработки месторождения и ведению горных работ с помощью ВНБ были посвящены труды таких ученых, как академики и члены-корр. АН СССР и РАН М.И. Агошков, Н.В. Мельников, Н.Н. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, доктора технических наук Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, Ж.В. Бунин, С.Е. Гавришев, В.А. Галкин, А.Ю. Дриженко, Ю.Е. Капутин, В.С. Коваленко, В.Ф. Колесников, А.И. Косолапов, Ю.М. Овешников, В.П. Федорко, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков, В.С. Хохряков, О.В. Шпанский, кандидаты наук С.С. Аршинов, Д.Н. Борисов, Т.В. Донченко, И.А. Ишкулова, В.П. Линев и др.

Перераспределение объемов вскрыши за время эксплуатации карьера обеспечивает различный экономический эффект от работы предприятия. Существующие методы проектирования параметров этапов не учитывают динамику рабочей и временно нерабочей зон в карьерном пространстве в процессе развития горных работ, что в свою очередь не позволяет определить максимально возможные параметры ВНБ, обеспечить наилучшее распределение вскрышных объемов по годам разработки месторождения и улучшить экономические показатели карьера за счет снижения текущих объемов вскрыши. В связи с этим актуальными являются теоретическое обоснование и разработка метода определения параметров временных целиков для снижения эксплуатационного коэффициента вскрыши с учетом динамики рабочей зоны карьера, оценка влияния снижения текущих объемов вскрыши на работу карьера в последующие периоды, а также разработка новых эффективных способов формирования и разноса временно нерабочего борта.

Цель работы. Разработка методов регулирования текущих вскрышных объемов и определения динамических параметров ВНБ при поэтапной разработке крутопадающих месторождений.

Идея работы. Регулирование текущих объемов вскрыши с помощью ВНБ и определение параметров временных целиков и их месторасположение в плане необходимо осуществлять с учетом динамики рабочей зоны карьера.

Задачи исследования.

  1. Разработка методики определения минимально возможного эксплуатационного коэффициента вскрыши при поэтапной разработке месторождения.
  2. Оценка влияния параметров карьера и системы разработки на сложность стабилизации текущих объемов вскрыши.
  3. Определение условий, ограничивающих возможность стабилизации текущих вскрышных объемов с помощью выделения этапов.
  4. Разработка методики определения основных параметров временно нерабочих бортов и их месторасположения в карьерном пространстве.

Научная новизна.

  • Установлена степенная зависимость между контурным коэффициентом вскрыши, определенным по характерному поперечному разрезу карьера, и средним коэффициентом, учитывающим объемы пород, размещенные в торцах карьера.
  • Определена линейная зависимость показателя чистого дисконтированного дохода от изменения степени нарастания текущих объемов вскрыши в календарном плане за период предполагаемой работы со стабильной производительностью по вскрыше.

Основные защищаемые положения:

  1. Границы этапа формирования и объем пород, оставляемый в целике ВНБ, должны определяться на основе критерия равенства текущего и усредненного коэффициентов вскрыши с помощью графика их минимальных текущих объемов.
  2. Регулирование текущих объемов вскрыши при оставлении ВНБ следует осуществлять путем управления длиной общекарьерного активного фронта горных работ, определенной с учетом выбранного направления углубки, системы разработки, места расположения транспортных коммуникаций и временно нерабочего борта в карьерном пространстве.
  3. Формирование зонального ВНБ с оставлением площадок в его торцах, шириной равной или большей минимальной рабочей площадки, позволяет исключить объем подготовительных горных работ для приведения временного целика в рабочее положение при его расконсервации.

Методы исследований. Теоретическая и методологическая основа работы состоит в анализе и обобщении трудов ученых в области проектирования разработки месторождений открытым способом этапами. Основными методами исследований являются горно-геометрический анализ месторождений, математическая статистика, компьютерное моделирование карьеров, стоимостной анализ, метод вариантов и анализ взаимосвязанных областей решения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных научных методов исследования, математического моделирования с использованием персональных компьютеров; обширным привлечением проектных и фактических материалов работы отечественных и зарубежных карьеров; получением удовлетворительной сходимости результатов расчетов с практикой эксплуатации карьеров.

Практическая значимость работы.

  • Разработана методика регулирования текущих объемов вскрыши при поэтапной разработке крутопадающих месторождений.
  • Обоснована возможность определения максимальных параметров целиков ВНБ и их расположения в плане с учетом динамики рабочей зоны карьера.
  • Разработан способ формирования и разноса ВНБ, позволяющий сократить срок возобновления на нем горных работ и повысить скорость его расконсервации.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференциях «Освоение минеральных ресурсов СЕВЕРА: проблемы и решения» (Воркута, 2007, 2009, 2010 гг.), международной конференции «Экология и развитие общества» (г. Санкт-Петербург, МАНЭБ, 2007г.), международной научно-практической конференции «Геотехнология – 2007» (Республика Казахстан, Хромтау, 2007), международных форумах молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.), всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (Екатеринбург, 2010 г.), на заседаниях кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 159 страниц, 19 таблиц, 71 рисунок и список литературы из 103 наименования.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г. А. Холоднякову, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы; сотрудникам кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, а также начальнику технического отдела ОАО «Апатит» Запорожцу В.Ю. и другим за ценные советы и оказание помощи в сборе информационных материалов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы представлен анализ методов проектирования открытой разработки этапами и определения параметров ВНБ.

Во второй главе приведены исследование календарного плана вскрышных работ и способ регулирования текущих вскрышных объемов с помощью ВНБ.

В третьей главе диссертации представлена методика определения основных параметров ВНБ и рационального месторасположения его в карьерном пространстве.

В четвертой главе приведены результаты определения рационального календарного плана и соответствующих параметров ВНБ для условий «Коашвинского» месторождения.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Границы этапа формирования и объем пород, оставляемый в целике ВНБ, должны определяться на основе критерия равенства текущего и усредненного коэффициентов вскрыши с помощью графика их минимальных текущих объемов.

Основное предназначение ВНБ – уменьшение эксплуатационного коэффициента вскрыши. Изменение текущих объемов вскрыши на крутопадающих месторождениях характеризуется наличием пиковых объемов (рис.1), при достижении которых наступает период их неизменного сокращения. Принципиально регулирование текущих объемов вскрыши осуществляется путем их перераспределения на более ранние и поздние периоды разработки месторождения. При этапной разработке вскрыша оставляется в целиках для отработки в более поздний период времени.

Известно, что величина текущих объемов напрямую связана с промежуточными контурами горных работ в карьерном пространстве, которые ограничивают между собой определенный объем горной массы. Форма и размеры этих контуров задают динамику текущих объемов горной массы, в результате чего формируется календарный план горных работ. Анализ теории регулирования текущих вскрышных и добычных объемов показывает, что план добычи имеет первостепенное значение и при регулировании вскрышных объемов не должен подвергаться изменению ни по объемам, ни по качеству сырья. Сокращение производительности по руде в результате перераспределения вскрышных объемов является негативным последствием процесса стихийного создания ВНБ, возникшего в период экономического кризиса.

Рис. 1 Общий вид графика текущих объемов вскрыши

Однако, как показывают результаты расчетов (рис.2), по мере переноса вскрышных объемов с момента достижения пиковых нагрузок на более ранний период времени показатели экономического эффекта, выраженного критерием максимального NPV, характеризуются ухудшением (рис.2а), а при этапной разработке этот показатель экспоненциально возрастает (рис.2б). Для расчетов в качестве исходного был принят график минимальных текущих объемов вскрыши, который определяется режимом горных работ с минимально допустимой шириной рабочей площадки (B=Bmin). Из этого следует, что работа карьера с минимальной шириной рабочей площадки обеспечивает наилучший экономический эффект, повысить который возможно лишь за счет ликвидации пиковых вскрышных объемов путем их переноса на еще более поздний срок с помощью оставления ВНБ.

При этом, чем позднее вскрышные объемы будут удалены из карьера и чем дольше карьер будет работать со стабильной производительностью по вскрыше, тем более эффективным будет календарный план горных работ.

 зменение показателя NPV по мере увеличения переносимых объемов вскрыши (а –-1

 зменение показателя NPV по мере увеличения переносимых объемов вскрыши (а – при-2

Рис. 2 Изменение показателя NPV по мере увеличения переносимых объемов вскрыши (а – при увеличении ширины рабочей площадки, б – при оставлении ВНБ)

Проектируемый участок ВНБ в свою очередь не должен влиять на объемы добычи и на темпы развития горных работ. По методу регулирования производительности по вскрыше с помощью графика их минимальных текущих объемов формируются области возможного переноса. При условии стабилизации с помощью увеличения ширины рабочей площадки эта область (А) ограничивается линией максимального нарастания с (рис.1) производительности по вскрыше, определяющейся зависимостью

, (1)

где Q – годовая эксплуатационная производительность экскаватора, м3/год; – максимально возможное количество экскаваторов на i–ом горизонте; – номер отрабатываемого горизонта.

В свою очередь

, (2)

где - длина i-го горизонта, м; - минимальная длина фронта работ на один экскаватор, м.

Рис. 3 Формирование ВНБ в карьере

Период достижения пиковых нагрузок по вскрыше совпадает с периодом достижения фронтом горных работ контура карьера по поверхности (рис.3), так как в этот момент протяженность фронта горных работ ВС максимальна. Формирование промежуточного контура MCD и развитие горных работ внутри него приведут к сокращению фронта работ до линии M’N’ и далее до нуля на отметке дна CD. В результате будет сформирован временный целик по контуру MC. Для поддержания плановых объемов вскрыши необходимо восполнять резерв текущих объемов разносом верхних горизонтов KL. Таким образом, промежуточный контур MCD определяет границы формирования этапа и объем вскрышных пород, оставляемых во временном целике.

При стабилизации с помощью ВНБ область возможного усреднения В (рис.1) определяется нисходящей ветвью графика минимальных текущих объемов вскрыши и линией понижения производительности по вскрыше с’ при формировании целика на всю высоту борта. Работа с таким режимом нецелесообразна, однако линия c’ ограничивает возможность усреднения.

Для определения величины усредненного коэффициента вскрыши предлагается использовать программный продукт MiningCalendarPlan, разработанный автором. Алгоритм расчета программой усредненных значений коэффициентов вскрыши, объемов возможного переноса, длительности стабилизационного периода осуществляется в соответствии с вышеуказанной методикой.

По методу регулирования эксплуатационного коэффициента вскрыши с помощью графика минимальных текущих объемов, граница определяемого этапа по поверхности (точка М рис.3) совпадает с положением горных работ, при котором текущий коэффициент вскрыши равен усредненному.

2. Регулирование текущих объемов вскрыши при оставлении ВНБ следует осуществлять путем управления длиной общекарьерного активного фронта горных работ, определенной с учетом выбранного направления углубки, системы разработки, места расположения транспортных коммуникаций и временно нерабочего борта в карьерном пространстве.

Анализ теоретических исследований и опыта разработки крутопадающих месторождений этапами показывает, что ВНБ целесообразно разносить непосредственно в процессе его формирования. Это свидетельствует о динамично изменяющихся параметрах ВНБ при развитии горных работ. Проектируемые этапы должны обеспечивать производительность по руде и вскрыше, заданную календарным планом. Соответственно, для определения параметров участка ВНБ необходимо использовать динамический подход, что невозможно выполнить существующими методами расчетов этапов. Анализ опыта проектирования временных целиков также позволил выявить их основные параметры, к которым относятся угол откоса уступа в целике и высота уступа; ширина бермы безопасности, оставляемой между уступами; протяженность целика на каждом горизонте; количество горизонтов, составляющих ВНБ. К рабочей зоне относится та часть вскрытого и отработанного карьерного пространства, на которой в определенный промежуток времени будет осуществляться подвигание фронта горных работ. Следует отметить, что учитывая изменчивость направления углубки горных работ, развитие рабочей зоны также может перемещаться в пространстве в различных направлениях.

Проведенные исследования динамики длины рабочей зоны Коашвинского карьера (рис.4) показывают, что эта величина равнозначна почти на каждом горизонте и в различные годы разработки поддерживается в пределах 1-1,2 км. Это означает, что в целом по карьеру будут верны следующие выражения

, (3)
, (4)


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.