Разработка метода оптимизации бортового содержания при освоении сложноструктурных рудных месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Сатыбалдиев, Нарынбек Мадыярович

• Сатыбалдиев, Нарынбек Мадыярович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сатыбалдиев, Нарынбек Мадыярович

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований.

1.1. Особенности оконтуривания и оценки запасов рудных месторождений сложной структуры.

1.1.1. Характерные особенности сложноструктурных рудных месторождений

1.1.2. Кондиции на минеральное сырье.

1.1.3. Взаимодействие различных параметров кондиций при оконту-ривании и оценке запасов.

1.2. Бортовое содержание в системе промышленного освоения месторождений.

1.3. Практика определения бортового содержания при освоении рудных месторождений.

1.3.1. Вариантный метод.

1.3.2. Аналитический метод.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. Исследование взаимосвязей между геологическими, технологическими и экономическими параметрами в оптимизационной системе определения бортового содержания.

2.1. Обоснование структуры оптимизационной системы определения бортового содержания.

2.1.1. Критерий эффективности.

2.1.2. Взаимодействующие параметры.

2.1.3. Модель оптимизационной системы.

2.2. Определение геологических характеристик запасов в оптимизационной системе.

2.2.1. Зависимости количественных и качественных характеристик запасов от бортового содержания.

2.2.2. Зависимость геометрических характеристик запасов от бортового содержания.

2.3. Определение взаимосвязей между управляемыми параметрами и экономическими показателями в оптимизационной системе.

2.3.1. Капитальные затраты.

2.3.2. Эксплуатационные затраты.

2.3.3. Срок строительства горного предприятия.

2.3.4. Срок эксплуатации месторождения.

2.3.5. Показатели качества и полноты извлечения запасов.

2.3.6. Извлечение металла при переработке.

2.4. Исследование технологических параметров, влияющих на оптимальную величину бортового содержания.

2.4.1. Производственная мощность рудника.

2.4.2. Технологический комплекс по добыче руды.

2.4.3. Технологический комплекс по переработке руды.

Выводы.

3. Разработка модели и алгоритма оптимизации дифференцированного определения бортового содержания.

3.1. Методическое обоснование модели.

3.2. Алгоритм оптимизация бортового содержания.

Выводы.

4. Проведение вычислительного эксперимента и установление оптимального бортового содержания в условиях золоторудного месторождения Тал-дыбулак Левобережный.

4.1. Установление зависимости "бортовое содержание - запасы".

4.2. Построение моделей управления параметрами производства.

4.3. Оптимизационная численная модель определения бортового содержания рекомендуемым методом.

4.4. Сравнительная оценка методов оптимизации бортового содержания. 102 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода оптимизации бортового содержания при освоении сложноструктурных рудных месторождений»

Актуальность работы. Для экономической оценки рудных месторождений и проектирования их освоения традиционно используют единое значение бортового содержания полезного компонента (далее бортового содержания), с помощью которого оконтуривают балансовые запасы полезных ископаемых и определяют промышленную их ценность. Величина бортового содержания устанавливается по средним параметрам месторождений.

Анализ современного состояния фонда разведанных и эксплуатируемых рудных месторождений по России и странам СНГ свидетельствует, что почти все залежи цветных, редких, благородных и значительная часть черных металлов представлены рудными телами со сложным внутренним строением, не имеющих четких контактов с вмещающими породами, весьма изменчивой морфологией с невыдержанными элементами залегания, крайне неоднородными количественными и качественными характеристиками запасов. В таких условиях неприемлема усредненная характеристика запасов месторождения и технико-экономических показателей производства при установлении кондиций на минеральное сырье.

Одним из важнейших направлений рационального и комплексного освоение сложноструктурных рудных залежей является применение дифференцированного подхода к установлению величины бортового содержания по отдельным выемочным участкам и периодам освоения месторождений. Однако этому препятствует недостаточная разработанность теоретических и методических основ оптимизации бортового содержания месторождений сложной структуры применительно к сложившейся практике проектирования и условиям недропользования. Поэтому разработка автоматизированного метода оптимизации дифференцированного определения бортового содержания по выемочным участкам с учетом динамики развития горных работ на месторождении в рыночной экономике представляется весьма актуальной задачей.

Целью исследования является разработка метода оптимизации дифференцированного установления бортового содержания при освоении сложно-структурных рудных месторождений.

Идея работы заключается в использовании установленных закономерностей влияния природных, технологических и экономических параметров на величину бортового содержания по выемочным участкам месторождения с учетом динамики развития горных работ.

Основные задачи исследований:

- обоснование подхода к дифференцированному определению оптимального значения бортового содержания сложноструктурных рудных залежей;

- исследование взаимосвязей между геологическими, технологическими и экономическими параметрами в оптимизационной системе определения бортового содержания;

- разработка модели и алгоритма оптимизации дифференцированного определения бортового содержания;

- проведение вычислительного эксперимента и установление оптимального бортового содержания в условиях сложноструктурного рудного месторождения.

Методы исследования. В качестве основного метода исследования принято динамическое программирование. В сочетании с ним использованы методы анализа, научного обобщения теоретических исследований, математической статистики и технико-экономических расчетов.

Научные положения, представленные к защите:

1. Высокая изменчивость сложноструктурных залежей, множество горногеологических параметров, различие ценности и обогатимости руд определяют необходимость дифференцированного подхода к оптимизации бортового содержания на стадии проектирования освоения месторождения в зависимости от масштаба производства и календарного развития горных работ.

2. Оптимальное оконтуривание сложноструктурных залежей по бортовому содержанию достигается на основе разработанного комплекса экономикоматематических моделей, отражающих взаимосвязь дисконтированного дохода с природными характеристиками выемочных участков месторождения, производственной мощностью предприятия, сроком его строительства, параметрами и показателями технологии горных работ и обогащения, конъюнктурой рынка.

3. Дифференцированное определение оптимального значения бортового содержания в различные периоды освоения месторождения обеспечивает максимальную эффективность и полноту извлечения запасов полезных ископаемых на протяжении всего срока деятельности горнорудного предприятия.

Достоверность научных положений обеспечивается применением результатов эмпирического анализа законов распределения содержания полезных компонентов на месторождениях; статистической обоснованностью зависимостей, адекватно отражающих условия формирования технико-экономических показателей производства по вариантам оконтуривания рудных залежей, производственной мощности предприятия, технологии добычи и переработки руды; апробацией разработанного метода оптимизации бортового содержания на двух золоторудных месторождениях.

Научная новизна исследований:

1. Выдвинута и проработана идея подхода к дифференцированному определению оптимального значения бортового содержания на стадии экономической оценки рудных месторождений и проектирования их освоения.

2. Установлены аналитические зависимости запасов руды, среднего содержания полезного компонента и мощности рудного тела месторождения от величины бортового содержания.

3. Выявлены закономерности формирования технико-экономических показателей (капитальных и эксплуатационных затрат, качества и полноты извлечения запасов при добыче, извлечения при переработке, срока строительства предприятия и эксплуатации месторождения) при разных схемах оконтуривания и технолого-организационных моделях освоения месторождения.

4. Установлено, что дифференцированное определение оптимального значения бортового содержания на рудных месторождениях с различными природными характеристиками отдельных выемочных участков обеспечивает максимальную эффективность и полноту извлечения запасов полезных ископаемых из недр.

Практическая значимость работы состоит в разработке метода оптимизации дифференцированного определения бортового содержания по выемочным участкам месторождения и параметров горнотехнической системы, позволяющей максимизировать эффект от промышленного использования запасов минерального сырья за весь период деятельности рудника.

Личный вклад автора. Дана оценка современному состоянию теории и практики установления кондиций на минеральное сырье; разработан оптимизационный метод дифференцированного определения бортового содержания по выемочным участкам и периодам освоения месторождения и технолого-организационных параметров производства в единой горнотехнической системе; разработана программная реализация метода.

Реализация рекомендаций. Основные положения диссертации переданы к использованию при определении оптимальных контуров отработки запасов полезных ископаемых для двух золоторудных месторождений (Талдыбулак Левобережный и Макмал) Кыргызской Республики.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 9 статьях.

Апробация диссертации. Результаты работы докладывались на конференциях: "Проблемы экономики и менеджмента в переходный период" (Бишкек,

2002 г.); "Экологические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов гор Тянь-Шаня" (Бишкек, 2002 г.); "Недра гор Кыргызстана - народу" (Бишкек,

2003 г.); "Неделя горняка - 2004" (Москва, 2004 г.); "Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых" (Новосибирск, 2005 г.); "Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды" (Новосибирск, 2006 г.).

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук A.M. Фрейдину за научно-методическую помощь и практическую оценку выполненной работы, доктору технических наук, профессору Н.В. Дронову, заложившему необходимые теоретические и методические основы диссертации, а также сотрудникам лаборатории подземной разработки рудных месторождений ИГД СО РАН за ценные замечания, высказанные при обсуждении результатов работы.

Автор выражает признательность академику HAH КР И.Т. Айтматову и член-корреспонденту HAH КР К.Ч. Кожогулову за постоянное внимание и содействие в выполнении работы.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Сатыбалдиев, Нарынбек Мадыярович

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

1. Обоснована идея подхода к дифференцированному определению оптимального значения бортового содержания на стадии экономической оценки рудных месторождений и проектирования их освоения.

2. Установлены аналитические зависимости количественных, качественных и геометрических характеристики запасов месторождения от величины бортового содержания.

3. Выявлены закономерности формирования технико-экономических показателей (капитальных и эксплуатационных затрат, качества и полноты извлечения запасов при добыче, извлечения при переработке, срока строительства предприятия и эксплуатации месторождения) при разных схемах оконтуривания и технолого-организационных моделях освоения месторождения.

4. Исследовано влияние значения бортового содержания на принятие технолого-организационных решений и параметров освоения сложноструктурных рудных месторождений. Обосновано, что величина бортового содержания, в свою очередь, зависит от технологических параметров горного производства.

5. Разработан метод оптимизации бортового содержания сложноструктурных рудных месторождений. Последовательное многовариантное вычисление моделей расчета значений дисконтированного дохода в период строительства рудника и по различным этапам эксплуатации месторождения, а также чистого дисконтированного дохода за весь жизненный цикл проекта позволяет раскрыть внутреннюю логику оптимизационного метода дифференцированного определения бортового содержания и упростить расчетный аппарат.

6. Расчетами выявлены оптимальные значения бортового содержания в различные периоды отработки золоторудного месторождения Талдыбулак Левобережный. Это обусловлено конкретными природными характеристиками запасов полезного ископаемого по вариантам оконтуривания, принятой технологии добычи и переработки руды для разных выемочных участков месторождения.

7. Установлено, что при годовой производительности рудника в диапазоне 800 тыс. - 1000 тыс. тонн в год оптимальное значение бортового содержания находится в диапазоне от 2,0 до 3,0 г/т в зависимости от этапа и технологии отработки месторождения Талдыбулак Левобережный.

8. Сравнительная оценка показателей отработки месторождения Талдыбулак Левобережный по существующему и рекомендуемому методам оптимизации бортового содержания показала, что дифференцированное оконтуривание запасов по отдельным выемочным участкам залежи повышает чистый дисконтированный доход более чем на 10 млн. у.е., увеличивает долю балансовых запасов руды на 0,95 млн. т и продлевает срок работы предприятия.

9. Применение рекомендуемого оптимизационного метода определения бортового содержания рудных месторождений сложной структуры обеспечивает повышение их экономического потенциала и инвестиционной привлекательности.

Заключение

В диссертации, являющейся научной квалификационной работой, дано решение актуальной задачи, состоящее в разработке метода оптимизации дифференцированного определения бортового содержания рудных месторождений сложной структуры, обеспечивающей рациональное и эффективное освоения запасов полезных ископаемых, что имеет существенное экономическое значение для горнорудной промышленности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сатыбалдиев, Нарынбек Мадыярович, 2006 год

1. Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Текст. / Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых Министерства природных ресурсов Российской Федерации -ГКЗ.-М, 1997.

2. Коган И.Д. Подсчет запасов и геолого-промышленная оценка рудных месторождений. Текст. / Коган И.Д. М.: Недра, 1974.

3. Погребицкий Е.О. Геолого-экономическая оценка месторождений полезных ископаемых. Текст. / Погребицкий Е.О., Терновой В.И. JL: Недра, 1974.

4. Каждан А.Б. Геолого-экономическая оценка месторождений полезных ископаемых. Текст. / Каждан А.Б., Кобахидзе Л.П. М.: Недра, 1985.

5. Технологическая оценка минерального сырья. Опробование месторождений. Характеристика сырья: Справочник. Текст. / Под ред. Остапенко П.Е. -М.: Недра, 1990.

6. Володомонов Н.В. Горная рента и принцип оценки месторождений. Текст. / Володомонов Н.В. М.: Металлургиздат, 1959.

7. Молчанов И.И. К методике сравнительной экономической оценки месторождений полезных ископаемых. Текст. / Молчанов И.И. // Разведка и охрана недр. 1963.-№ 3.

8. Марголин A.M. Определение кондиций с учетом технологической освоенности запасов рудных месторождений. Текст. / Марголин A.M., Бурдо Л.П. // Советская геология. 1971. -№ 1.

9. Ефимов М.В. О показателях кондиций для пересчета запасов железных руд. Текст. / Ефимов М.В., Фрей В.И. // Горный журнал. -1970. № 11.

10. Н.Гатов Т.А. Экономическая оценка месторождений цветных металлов. Текст. / Гатов Т.А. М.: Недра, 1975.

11. Пожарицкий K.J1. Определение бортового содержания ценных компонентов в руде месторождения. Текст. / Пожарицкий K.J1. М., 1962.

12. Соболевский Т.Ф. Экономическая оценка рудных месторождений. Текст. / Соболевский Т.Ф. М., 1976.

13. Сиразутдинов A.M. Теория и практика комплексного освоения месторождений цветных металлов Казахстана. Текст. / Сиразутдинов A.M., Жиганов Е.В., Дороненко Ф.Г. и др. Алма-Ата: Наука, 1986.

14. Левоник Б.С. Вопросы экономической геологии. Текст. / Левоник Б.С. -М., 1963.

15. Гатов Т.А. Рациональное использование месторождений цветных металлов. Текст. / Гатов Т.А. М.: Недра, 1980.

16. Кузьмин В.И. Геометризация и рациональное использование недр. Текст. / Кузьмин В.И., Мининг С.Э., Редькин Г.М. М.: Недра, 1991.

17. Агошков М.И. К методике определения минимального промышленного содержания в руде. Текст. / Агошков М.И., Бронников Д.М. / Труды ИГД им. А.А. Скочинсткого, Том 1,1954.

18. Померенцев В.В. Оценка рудных месторождений цветных и черных металлов. Текст. / Померенцев В.В. -М., 1961.

19. Гатов Т.А. Обоснование минимального содержания цветных металлов. Текст. / Гатов Т.А. М.: Недра, 1967.

20. Сиразутдинов A.M. Основные показатели промышленных кондиций на руды цветных металлов. Текст. / Сиразутдинов A.M. Алма-Ата: Наука, 1973.

21. Сиразутдинов A.M. Рациональное использование руд на месторождениях цветных металлов Казахстана. Текст. / Сиразутдинов A.M., Смирнов Н.И, Мельченко 10.И. Алма-Ата: Наука, 1976.

22. Сиразутдинов A.M. Влияние промышленных кондиций на развитие систем разработки полиметаллических месторождений Рудного Алтая. Текст. / Сиразутдинов A.M., Жиганов Е.В., Кирпота А.А. Алма-Ата: Наука, 1978.

23. Сиразутдинов A.M. Опыт пересмотра промышленных кондиций на рудниках цветной металлургии Казахстана. Текст. / Сиразутдинов A.M., Жиганов Е.В., Мельченко Ю.И. и др. Алма-Ата: Наука, 1979.

24. Сиразутдинов A.M. Установление оптимальных границ выемки комплексных руд по эксплуатационным кондициям. / Сиразутдинов A.M., Жиганов Е.В. и др. Алма-Ата: Наука, 1980.

25. Дронов Н.В. Комплексная оптимизация подземной разработки сложных рудных месторождений. Текст. / Дронов Н.В. Фрунзе: Илим, 1975.

26. Дронов Н.В. Комплексная оптимизация параметров подземной разработки сложных месторождений цветных металлов: Автореф дис. . докт. техн. наук. Текст. / Дронов Н.В. М., 1979.

27. Дронов Н.В. Оптимизация горно-экономических параметров рудников. Текст. / Дронов Н.В. Фрунзе: Илим, 1982.

28. Дронов Н.В. Дифференцированное оконтуривание и оценка запасов рудных месторождений. Текст. / Дронов Н.В. Фрунзе: Илим, 1988.

29. Дронов Н.В. Оптимизационная оценка горных проектов в современных условиях. Текст. / Дронов Н.В., Толобекова Б. Бишкек: Илим, 2003.

30. Марголин A.M. Оценка запасов минерального сырья. Математические методы. Текст. / Марголин A.M. М.: Недра, 1974.

31. Лисенков А.А. Совершенствование методов оконтуривания и оценки запасов полезных ископаемых на действующих рудниках цветной металлургии. Текст. / Лисенков А.А., Груздев К.И. Алма-Ата: КазНИИНТИ., 1985.

32. Лисенков А.А. Оптимизация контуров разработки рудных залежей на подземных рудниках. Текст. / Лисенков А.А. Алма-Ата: Наука, 1987.

33. Данилина Г.П. Автоматизация проектирования подземных рудников. Текст. / Данилина Г.П., Лисенков А.А., Эйдензон В.Я. Алма-Ата: Наука, 1990.

34. Лисенков А.А. Оптимальное управление полнотой извлечения разведанных запасов полезных ископаемых из недр на подземных рудниках цветной металлургии: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Текст. / Лисенков А.А. М., 1992.

35. Каргажанов З.К. Экономическая оценка месторождений руд цветных металлов. Текст. / Каргажанов З.К. Алма-Ата: Наука, 1976.

36. Терпогосов З.А. Оценка запасов твердых полезных ископаемых вовлекаемых в разработку. Текст. / Терпогосов З.А., Шитарев В.Г., Тарасюк О.П. -М.: Изд. ИПКОН АН СССР, 1989.

37. Агабалян Ю.А. Теория и практика оптимального освоения недр. Текст. / Агабалян Ю.А. М.: Недра, 1994.

38. Теория и практика применения кондиций на твердые полезные ископаемые в процессе разработки месторождений: Сборник материалов Всесоюзного совещания, г. Москва, 22-23 марта 1983 г. Текст. М.: Изд. ИПКОН АН СССР, 1984.

39. Дронов Н.В. Концепция оптимизационной промышленной оценки рудных месторождений в рыночных условиях: Методические рекомендации. Текст. / Дронов Н.В., Толобекова Б., Минаков В.В. и др. Бишкек: Изд. ИФиМГП HAH КР, 1997.

40. Дронов H.B. Системно-оптимизационная оценка месторождений и горных проектов. Текст. / Дронов Н.В. // Горный вестник. М., 1999. - № 4-5.

41. Беллман Р. Динамическое программирование. Текст. / Беллман Р. М., 1960.

42. Хедли Дж. Нелинейное и динамическое программирование. Текст. / Хедли Дж.-М.: Мир, 1967.

43. Бурчаков А.С. Проектирование шахт. Текст. / Бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. М.: Недра, 1978.

44. Резниченко С.С. Математическое программирование в горной промышленности. Текст. / Резниченко С.С. -М.: Недра, 1981.

45. Косоруков О.А. Исследование операций: Учебник для вузов. Текст. / Косоруков О.А., Мищенко А.В. М.: Изд. Экзамен, 2003.

46. Абланская J1.B. Экономико-математическое моделирование. Текст. / Абланская JI.B., Бабешко J1.0., Баусов Л.И. М.: Изд. Экзамен, 2004.

47. Миллер Д. Статистический анализ в геологических науках. Текст. / Миллер Д., Кан Дж. М.: Мир, 1965.

48. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. Текст. / Матерон Ж. -М.: Мир, 1968.

49. Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд. Текст. / Давид М.-Л.: Недра, 1980.

50. Дэвис Дж. Статистический анализ данных геологии. В 2 кн. Текст. / Дэвис Дж. М.: Недра, 1990.

51. Шарапов И.П. Применение математической статистики в геологии. Текст. /ШараповИ.П.-М.: Недра, 1971.

52. Вистелиус А.Б. Основы математической геологии. Текст. / Вистелиус А.Б. Л.: Недра, 1980.

53. Геометризация месторождений полезных ископаемых. Текст. / Под ред. Букринского В А., Коробченко Ю.В. М.: Недра, 1977.

54. Каждан А.Б. Математические методы в геологии. Текст. / Каждан А.Б. -М: Недра, 1990.

55. Родионов Д.А. Функции распределения содержаний элементов и минералов в изверженных горных породах. Текст. / Родионов Д.А. М.: Недра, 1964.

56. Рыжов П.А. Применение математической статистики при разведке недр. Текст. / Рыжов П.А., Гудков В.М. М.: Недра, 1966.

57. Сайченко А.Н. Экспериментальная оценка неоднородности золотосодержащих дисперсных материалов. Текст. / Сайченко А.Н., Сайченко А.А., Энгельшт B.C. // Изв. АН КиргССР. -1986. № 6.

58. Батугин С.А. Теоретические основы опробования и оценки запасов месторождений. Текст. / Батугин С.А., Черный Е.Д. Новосибирск: Недра, 1998.

59. Вержбицкий В.М. Основы численных методов: Учебник для вузов. Текст. / Вержбицкий В.М. М.: Высшая школа, 1966.

60. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Текст. / Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. М.: Наука, 1986.

61. Пешков А.А. Доступность минерально-сырьевых ресурсов. Текст. / Пешков А.А., Мацко Н.А. М.: Наука, 2004.

62. Агошков М.И. Экономика горнорудной промышленности. Текст. / Агошков М.И., Гольдман Е.Л., Кривенков Н.А. М.: Наука, 1986.