Обоснование технологии разработки крутопадающих вытянутых месторождений в условиях отставания вскрышных работ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Черепанов, Евгений Викторович

• Черепанов, Евгений Викторович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черепанов, Евгений Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Понятие и причины отставания вскрышных работ в карьере.

1.2. Анализ современного состояния научно-методической базы по ликвидации вскрышного отставания на карьерах.

1.3. Цель, задачи и методы исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА ГОРНЫХ РАБОТ В ПЕРИОД ЛИКВИДАЦИИ ВСКРЫШНОГО ОТСТАВАНИЯ.

2.1. Условия проведения ликвидации вскрышного отставания.

2.2. Исследование объемов горных работ при ликвидации вскрышного отставания.

2.3. Методика экономической оценки вариантов ликвидации вскрышного отставания.

2.4. Исследование факторов определяющих эффективность ликвидации вскрышного отставания.

2.5. Выводы.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ВСКРЫШНОГО ОТСТАВАНИЯ НА КАРЬЕРАХ.

3.1. Обоснование технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания.

3.2. Обоснование параметров участка для опережающей выемки.

3.3. Влияние капитальной схемы вскрытия карьера на ведение горных работ при ликвидации вскрышного отставания.

3.4. Влияние сброса взорванной породы на производство горных работ в карьере.

3.5. Выводы.

4. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ КИЯ-ШАЛТЫРСКОГО КАРЬЕРА.

4.1. Краткая характеристика Кия-Шалтырского нефелинового рудника

4.2. Оценка параметров вскрышного отставания на Кия-Шалтырском карьере.

4.3. Разработка рекомендаций по ликвидации вскрышного отставания на Кия-Шалтырском карьере.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологии разработки крутопадающих вытянутых месторождений в условиях отставания вскрышных работ»

Проблема нормализации работы карьеров, которые находятся в критическом положении, вследствие значительного отставания вскрышных работ (вскрышного отставания), всегда присутствовала на предприятиях горнодобывающей промышленности.

Экономический кризис 90-х годов привел к систематическому невыполнению планов вскрышных работ и стихийному созданию временно нерабочих участков в карьерах. Самым простым способом выживания предприятий оказалась консервация вскрышных работ, что повлекло на многих карьерах существенное отставание их от проектных показателей. В числе предприятий, на которых были созданы внеплановые временно нерабочие борта по причине вскрышного отставания, можно назвать Оленегорский, Учалинский, ЮГОК, Сорский, Костомукшский и другие ГОКи.

За последнее десятилетие обстановка на карьерах улучшилась, однако вопрос удаления вскрыши, законсервированной на карьерах в период экономического спада, до сих пор не потерял своей актуальности. Подобная ситуация присутствует на Стойленском, Качканарском, Ковдорском ГОКах, Кия-Шалтырском нефелиновом руднике и других горных предприятиях, которые разрабатывают вытянутые крутопадающие месторождения полезных ископаемых.

Сейчас, при разработке планов выхода предприятий из кризиса, возникают значительные трудности по причине отсутствия каких-либо конкретных научных исследований посвященных теме ликвидации вскрышного отставания на карьерах. Отсутствие четкой стратегии развития горных работ, становится тем фактором, который останавливает инвесторов от вложений в карьеры, на которых необходимо провести ликвидацию вскрышного отставания, притом, что существуют все условия для привлечения на горные предприятия необходимых объемов инвестиций.

Поэтому обоснование технологии горных работ при ликвидации вскрышных работ на вытянутых карьерах представляет собой актуальную научно-практическую задачу.

Цель работы. Обоснование технологических решений для повышения эффективности отработки месторождений в период ликвидации вскрышного отставания.

Идея работы. Управление параметрами рабочей зоны карьера при опережающей разработке части законсервированного борта в период ликвидации вскрышного отставания, позволит обеспечить требуемый объем добычи минерального сырья при минимальных затратах средств и времени.

Основные задачи исследований:

1. Анализ опыта работы карьеров в условиях ликвидации вскрышного отставания и специальной литературы, посвященной способам расконсервации временно нерабочих бортов.

2. Разработка методики для расчета объемов и продолжительности периодов ликвидации вскрышного отставания, а также способов регулирования режима горных работ.

3. Обоснование технологии и производительности горных работ в период ликвидации вскрышного отставания.

4. Исследование влияния сброса в добычную зону взорванных пород с уступов расконсервируемого борта на процесс ликвидации вскрышного отставания.

5. Разработка рекомендаций по управляемому накоплению вскрышного отставания.

6. Апробация разработанных рекомендаций применительно к условиям Кия-Шалтырского нефелинового рудника.

Защищаемые положения:

1. Для повышения эффективности разработки месторождения во время ликвидации вскрышного отставания необходимо, рабочую зону карьера восстановить до проектных размеров, извлекая такой объем горной массы, в границах которого общее время на выемку руды и вскрыши одинаково, а время на восстановление добычной зоны минимально.

2. При возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше, следует сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера, с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания.

3. Для снижения взаимного влияния работ по ликвидации вскрышного отставания и добыче руды за счет минимизации сброса взорванной породы в добычную зону карьера, на нижнем горизонте целесообразно создавать улавливающую площадку с размерами, необходимыми для размещения объема сброса породы с верхних уступов, а для нижних уступов подпорной стенки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлена зависимость объема и продолжительности периода ликвидации вскрышного отставания от количества и состава звеньев вскрышного оборудования;

- сформулированы условия, при которых следует определять производительность карьера в период ликвидации вскрышного отставания;

- обоснован принцип управляемого накопления вскрышного отставания;

- установлен характер взаимного влияния работ по ликвидации вскрышного отставания и добыче руды от объема сброса взорванной породы в добычную зону карьера.

Методы исследований включают: анализ и обобщение проектной документации, научно-технической литературы, данных производственной практики; аналитическое и горно-геометрическое моделирование с применением программного обеспечения ЭВМ; метод технико-экономического анализа.

Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследования; разработке методики для расчета объема и продолжительности периода ликвидации вскрышного отставания; в обосновании технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах и условий ее применения.

Достоверность научных положений обосновывается применением аналитического, графического и технико-экономического анализа, а также сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; применением для оценки экономических критериев, длительное время используемых в рыночных экономических системах; применением графических редакторов ЭВМ для подсчета объемов горных пород.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- разработана методика для расчета объема и продолжительности периода ликвидации вскрышного отставания;

- предложена технология горных работ, позволяющая в стесненных условиях минимизировать простои горно-транспоргного оборудования при опережающей разработке части законсервированного борта в период ликвидации вскрышного отставания;

- предложен порядок управляемого накопления вскрышного отставания и разработана методика для выбора участков консервации вскрыши;

- обоснованы местоположение и параметры площадки для улавливания взорванной породы на участке ликвидации вскрышного отставания.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Открытые горные работы» ГУЦМиЗ; на Международной научно-практической конференции: «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2005); на Всероссийской научно-практической конференции: «Экономика природопользования» (г. Пенза, 2005); на Международной научно-практической конференции: «Эффективные инновационные решения в геотехнологии» (г. Красноярск, 2005); на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: «Совершенствование технологий производства цветных металлов» (г. Красноярск, 2005); на Международной научно-практической конференции: «Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота» (г. Красноярск, 2006).

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 аннотированная ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 131 странице машинописного текста, включает

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Черепанов, Евгений Викторович

4.4. Выводы

4.4.1. Разработанный порядок отработки Кия-Шалтырского нефелинового месторождения позволяет провести ликвидацию вскрышного отставания в течение 19 лет при создании проектных параметров добычной рабочей зоны за четыре года. Таким образом, проектная производительность по руде достигается на два года раньше, чем по проекту, а создание условий для производства добычных работ по всей площади рудного тела позволяет добывать руду заданного качества. Расчетная интенсивность отработки объема опережающей выемки обеспечивается за счет снижения взаимовлияния добычных работ и работ по ликвидации вскрышного отставания. Для этого необходимо создать улавливающие площадки шириной от 17 до 23 м в северной части карьера вдоль северо-восточного и юго-западного бортов.

4.4.2. Привлечение минимально необходимого количества оборудования на ликвидацию вскрышного отставания позволяет уменьшить объем капитальных затрат и общих расходов на горные работы. В результате, при развитии горных работ по ликвидации вскрышнрго отставания с учетом разработанных рекомендаций, по сравнению с проектом получен экономический эффект для условий Кия-Шалтырского карьера в размере 422,3 млн. руб.

4.4.3. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что изложенные в диссертационной работе положения и методики можно рекомендовать к применению при разработке планов горных работ, направленных на ликвидацию вскрышного отставания на карьерах отрабатывающих вытянутые месторождения полезных ископаемых.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, изложены научно-обоснованные технические решения, позволяющие определять рациональные параметры технологии горных работ при ликвидации вскрышного отставания на карьерах разрабатывающих вытянутые крутопадающие рудные месторождения, обеспечивающих повышение эффективности их отработки.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации состоят в следующем.

1. Определены условия наличия вскрышного отставания на карьере (угол откоса рабочего борта превышает проектное значение) и окончания работ по его ликвидации (угол откоса рабочего борта равен проектному значению). Данные условия позволяют оценить реальное состояние карьера, что дает возможность принять необходимые меры в случае получения неудовлетворительных результатов. Также установлено, что ликвидация вскрышного отставания часто связана с нарушением проектного порядка разработки месторождения.

2. Предложена методика расчета объема ликвидации вскрышного отставания, позволяющая определить возможные варианты периода и глубины окончания ликвидации вскрышного отставания в карьере. Выбор наиболее экономически эффективного варианта предложено проводить на основании максимального значения чистого дисконтированного дохода. Конкурирующие варианты ликвидации вскрышного отставания имеют минимальные значения периода создания добычной рабочей зоны карьера с проектными параметрами.

3. Предложена технология горных работ, которая предусматривает ликвидацию вскрышного отставания выполнять с выделением объема опережающей выемки и объема доработки. Данная технология позволяет равномерно распределить выемку объема ликвидации вскрышного отставания во времени и разрабатывать его с минимально возможной производительностью по вскрыше и минимальными затратами.

4. Обоснован принцип, которым следует руководствоваться при возникновении ситуации, вызывающей снижение производительности карьера по вскрыше. В этом случае необходимо сохранять проектную схему вскрытия на формируемом временно нерабочем борту карьера с целью последующего упрощения работ по ликвидации вскрышного отставания.

5. Доказано, что уменьшить взаимовлияние добычных работ и работ по ликвидации вскрышного отставания возможно за счет создания на нижнем горизонте карьера широкой улавливающей площадки, размеры которой достаточны, чтобы разместить объем сброса породы с верхних уступов и подпорную стенку для нижних уступов.

6. Разработана технология подготовки горизонтов, позволяющая исключить вынужденные простои оборудования, связанные со стесненными условиями труда при отработке участков ВНБ. Параметры этих участков необходимо рассчитывать из условия размещения требуемого количества оборудования, транспортных коммуникаций и опасных зон при производстве взрывных работ.

7. Апробация полученных результатов диссертационной работы на карьере Кия-Шалтырского нефелинового рудника позволила обосновать последовательность разноса законсервированных уступов карьера и обеспечить проектную производительность карьера по руде в условиях ликвидации вскрышного отставания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черепанов, Евгений Викторович, 2007 год

1. Близнюков В.Г., Зайцев И.Н. Методика определения размера отставания вскрышных работ в карьере // Разработка рудных месторождений -1986. -Выпуск 41- С. 21-25.

2. Арсентьев А.И., Симарев Н.Н. Работа карьеров в условиях дефицита рабочих площадок // Проблемы теории проектирования карьеров. Межвузовский сборник научных трудов. Ленинград. 1988. - С. 45-54.

3. Рахимов В.Р., Аввакумов А.Л. Отработка месторождений крутыми слоями в условиях отставания вскрышных работ // Горный журнал. 1997. -№ 7. - С.30-33.

4. Арсентьев А.И. Определение производительности и границ карьеров. М.: Недра, 1970. 320 с.

5. Донченко Т.В. Обоснование и разработка технологии приведения в рабочее положение временно законсервированных бортов карьера. Автореф. Дисс. канд. техн наук. Санкт-Петербург.: РИЦ СПГГИ. - 2002. - 24 с.

6. Донченко Т.В. Причины формирования временно нерабочих бортов карьера // Сборник трудов молодых ученых СПГТИ(ТУ). Выпуск 6. Санкт-Петербург, 2001.

7. Донченко Т.В. Учет комплексности Костомукшского железорудного месторождения при определении направления развития открытых горных работ // Сборник трудов молодых ученых СПГТИ(ТУ). Выпуск 5. Санкт-Петербург, 1999.

8. Арсентьев А.И. Законы формирования рабочей зоны карьера. Л.: ЛГИ, 1986. - 54 с.

9. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ-М.: Недра, 1980.-631 с.

10. Мельников Н.В., Реентович Э.И., Симкин Б.А. и др. Теория и практика открытых разработок . М.: Недра, 1979. - 636 с.

11. Арсентьев А.И. Интенсификация горных работ в карьерах. М.: Недра, 1965.-280 с.

12. Новожилов М.Г. Высокопроизводительные глубокие карьеры. М.: Недра, 1984.-188 с.

13. Колонюк А.А. Обоснование конструкций и рациональной последовательности расконсервации временно нерабочих бортов карьеров. Автореф. Дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск - 2005. - 19 с.

14. Вокин В.Н. Обоснование технологических параметров временно нерабочих бортов карьеров. Автореф. Дисс. канд. техн наук. Красноярск. -2001.- 22 с.

15. Косолапое А.И., Совмен В.К., Черепанов Е.В. Причины и способы ликвидации вскрышных работ на рудных карьерах // Экономика природопользования: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Пенза, 2005. С. 62-65.

16. Косолапое А.И., Совмен В.К., Черепанов Е.В. Анализ особенностей открытой разработки рудных месторождений в современных условиях // Современные технологии освоения минеральных ресурсов: сб. науч. тр. Красноярск, ГУЦМиЗ, 2005. С. 147-152.

17. Черепанов Е.В., Тодинов A.M. Стабилизация качества руды при отработке вытянутых крутопадающих месторождений // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сборник научных трудов. Иркутск, Ир-ГТУ, 2004, выпуск 4. - С. 58-60.

18. Разработка календарного плана и технологии горных работ на период до 2008 года для отработки Кия-Шалтырского нефелинового рудника: отчет о НИР/КГАЦМиЗ; рук. А.И. Косолапов; исполн.: В.Н. Синьчковский и др.. Красноярск, 1999. - 53 с.

19. Кумачев К.А., Майминд В.Я. Проектирование железорудных карьеров. М.: Недра,1981. - 464 с.

20. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В двух частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация. 4-е изд. Перераб. и доп. М.: Недра, 1985. - 549 с.

21. Итаров Ю.К., Кутузов Б.Н. Взрывная технология разработки нагорных месторождений крутыми слоями // Горный журнал.-1991.-№2. -С. 14-16.

22. Линев В.П. Определение параметров рабочей зоны карьера с участками временно нерабочего борта. // Горный журнал.-1986 № 5.- С. 15-17.

23. Линев В.П., Определение производительности действующего карьера при наличии в рабочей зоне участков временно нерабочего борта // Горный журнал-1987.- № 3-С. 17-19.

24. Оводенко Б.К., Решетняк С.П., Кампель Ф.Б. Развитие горных работ на временно нерабочем борту // Горный журнал.-1981. -№1.- С.31-32.

25. Бабаянц Г.М. Формирование постоянных и временно нерабочих бортов глубоких карьеров // Горный журнал.-1989. -№12.- С. 17-18.

26. Селянин В.Г. Интенсификация горных работ в глубоких карьерах. -М.: Недра, 1977. 192 с.

27. Галкин В.А., Сидоренко В.Н., Гавришев С.Е., Носов А.Н Проектирование горных работ при формировании карьерного пространства зонами концентрации. Магнитогорск: МГМИ, 1991. - 57 с.

28. Сидоренко В.Н. Формирование рабочего пространства глубокого карьера зонами концентрации горных работ/ Ресурсосберегающие технологии при открытой отработке полезных ископаемых Севера: Сборник научных трудов.—Якутск: ЯНЦ СО АН СССР 1990.-С. 21-26.

29. Оводенко Б.К. Управление горными работами на карьерах. М.: Недра, 1978. -192 с.

30. Оводенко Б.К., Аршинов С.С. Временные нерабочие борта в карьерах. Д.: Наука, 1977. -118 с.

31. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. М., 1994. - 80 с.

32. Четыркин Е. М. Финансовый анализ производственных инвестиций. М.: Дело, 1998. - 256 с.

33. Астахов А.С. Экономика разведки, добычи и переработки полезных ископаемых (геоэкономика). М.: Недра, 1991. - 316 с.

34. Хохряков B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных работ. Екатеринбург: Изд-во УГГТА, 1996 - 180 с.

35. Хохряков B.C. Проектирование карьеров. М.: Недра, 1992. - 383 с.

36. Теория и практика открытых разработок / Н.В. Мельников, Э.И. Ре-ентович, Б.А. Симкин и др.; под ред. Н.В. Мельникова. М.: Недра, 1979. - 636 с.

37. Дороненко Е.П. Рекультивация земель, нарушенных открытыми разработками. М.: Недра, 1979. - 263 с.

38. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород на угольных разрезах. М.: Недра, 1978. - 256 с.

39. Полищук А.К., Полищук Г.К., Михайлов A.M. Оптимизация развития открытых горных работ. М.: Недра, 1976. -159 с.

40. Певзнер М.Е., Малышев А.А., Мельков А.Д., Ушань В.П. Горное дело и охрана окружающей среды. М.: МГГУ, 2000. - 300 с.

41. Федеральный закон РФ № 32 «О недрах» от 10.02.1999 г.

42. Закон № 5076-1 «Об охране окружающей природной среды» от 02.06.1993 г.

43. Хохряков B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных работ. Екатеринбург: Изд-во УГТГА, 1996- 180 с.

44. Отраслевая методика расчета количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями по добыче и переработке угля. Пермь: ВНИИОСуголь, 1989. - 42 с.

45. Трубецкой К.Н., Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров: Учеб. для вузов: В 2 т. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Академии горных наук, 2001. -Т. I - 519 с.

46. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 03-498-02). Серия 03. Выпуск 22 /Колл. Авт. М.: ГУЛ «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. - 152 с.

47. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ 13-40701). Серия 13. Выпуск 1/Колл. авт. 2-е изд. испр. и доп. М.: ГУЛ «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002. - 252 с.

48. Открытые горные работы. Справочник / К.Н. Трубецкой и др. М. Горное бюро, 1994. 590 с.

49. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей. М., Недра, 1981.-278 с.

50. Ташкинов А.С. Проектирование взрывных работ: Учебное пособие. Кемерово: Из-во КузПИ, 1882. - 108 с.

51. Черных А.Н., Брылин В.Д. Реконструкция Сибайского меднорудного карьера // Горный журнал.-1980. -№10.- С. 21-22.

52. Андросов А.Д. Развитие технологии реконструкции глубоких карьеров Якутии. Новосибирск: Наука СИФ РАН, 1991. - 103 с.

53. Фелоненко М.А., Ратушный В.М. Схема разноса постоянных бортов глубоких карьеров Кривбасса // Горный журнал.-1980. -№10.- С. 19-21.

54. Типовой проект ведения буровзрывных работ на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике. ОАО АГК, 2000 г.

55. Новожилов М.Г., Маевский A.M., Бондарь С.А., Дриженко А.Ю. Технологические параметры глубоких карьеров. М.: Недра, 1982. - 175 с.

56. Стабилизация качества руды в условиях отставания вскрышных работ на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике: отчет о НИР/КГАЦМиЗ; рук. А.И. Косолапов; исполн.: В.Н. Синьчковский и др.. Красноярск, 2003.-145 с.

57. Репин Н.Я., Богатырев В.П., Буткин В.Д. и др. Буровзрывные работы на угольных разрезах. М.: Недра, 1987. - 254 с.

58. Бурмистров К.В., Колонюк А.А. Интенсификация горных работ на ограниченных участках рабочей зоны карьеров // Освоение месторождений полезных ископаемых: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. -С. 1924.

59. Колонюк А.А. Исследования технологических параметров процесса расконсервации временно нерабочего борта в карьере // Материалы Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург: УГГУ, 2005. - С. 26-27.

60. Расчетный экономический эффект от внедрения указанных мероприятий, в ценах 2007 года, составит 3500 тыс. руб.

61. Начальник горного отдела I Ю.И. Колдырев

62. Главный экономист * Т.Н. Некрасова

63. Начальник технико-экономического отдела Н.И. Барщевская