автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Метод эргетической оценки технологии открытых горных работ

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Обзор научных работ по классификациям систем разработки месторождений открытым способом.

1.2. Энергетическая теория в горном деле как перспективное направление для обоснования эффективности разработки месторождений.

1.3. Цель, задачи и методы исследования.

Глава 2. Теоретическое обоснование эргетического метода оценки эффективности систем разработки.

2.1. Физические основы метода исследования технологии открытых горных работ.

2.2. Эргетическая оценка работы и кинематика перемещения вскрыши в процессе открытых горных работ.

2.3. Кинематика перемещения горной массы на карьере при разработки с использованием транспортных средств.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Исследование технологических схем разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом в плоскости.

3.1. Общие сведения (постановка задачи).

3.2. Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на нижней площадке вскрышного уступа.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на промежуточном вскрышном горизонте

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на верхней площадке вскрышного уступа.

Технологическая схема разработки, с перемещением вскрыши в выработанное пространство с расположением вскрышного оборудования на нижней площадке вскрышного уступа.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство с засыпкой части пласта полезного ископаемого и переэкскавацией вскрыши во внутреннем отвале (с холостыми пробегами).

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство с засыпкой части пласта полезного ископаемого и переэкскавацией вскрыши во внутреннем отвале.

Технологическая схема разработки с перевалкой и переэкскавацией вскрыши одним драглайном расположенном на промежуточном отвале.

Технологическая схема разработки с перевозкой вскрыши во внутренние отвалы.

Технологическая схема комбинированной разработки с перевалкой и перевозкой пород вскрыши во внутренние отвалы.

3.11.

Технологическая схема разработки с перевозкой пород вскрыши на внешние отвалы.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Исследование влияния технологии добычных работ на величину эргозатрат разработки месторождений.

4.1. Общая постановка задачи.

4.2. Исследование технологии разработки месторождения с одной фланговой вскрышной траншеей.

4.3. Исследование технологии разработки с двумя фланговыми вскрышными траншеями.

4.4. Исследование технологии разработки с тремя вскрышными траншеями (две фланговые и одна центральная).

4.5. Исследование технологии разработки с двумя фланговыми вскрышными траншеями.

4.6. Исследование технологии разработки с одной центральной вскрышной траншеей.

Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Оценка эффективности технологии разработки месторождения полезного ископаемого открытым способом

5.1. Метод эргетической оценки.

5.2. Определение эффективной технологии разработки Ушаковско-Бегичевского буроугольного месторождения

5.2.1. Эргоемкость разработки участка месторождения при использовании принятого в проекте варианта вскрышного и добычного оборудования.

5.2.2. Эргоемкость разработки участка месторождения при

Одним из важнейших вопросов рациональной разработки месторождений открытым способом являются правильные выбор и применение систем разработки. Разнообразие горно-геологических условий месторождений, сочетаний горных и транспортных машин в комплексной механизации горных работ, технологий и их постоянное совершенствование определило большое число классификаций систем разработки. В отечественной литературе опубликованы работы А. П. Зотова, П. Э. Шешко, Г. П. Егурнова, Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского, М. Г. Новожилова, С. М. Шорохова, Г. В. Секисова, А. И. Арсентьева.

Основным критерием при построении классификаций систем открытой разработки являлись себестоимость или экономические затраты на производство горных работ. Единственным методом оценки эффективности технологии разработки месторождений являлся технико-экономический. Данный способ оценки полностью удовлетворял проектировщиков как инструмент выбора правильного решения. Технико-экономический метод действовал безошибочно в условиях стабильной экономической обстановке в стране и позволял эксплуатировать карьеры на длительных периодах времени без дополнительных экономических корректировок.

Однако, с переходом страны на новые экономические отношения как внутри государства, так и вне его возникла необходимость пересмотра устоявшихся положений. Эти изменения не могли ни коснуться горной науки, и в частности той области науки, в которой рассматриваются вопросы эффективности технологий разработки месторождений.

Одним из направлений развития горной науки в последнее время является совершенствование применяемых и создание новых методов оценки эффективности открытой разработки месторождений. Наиболее перспективным и отвечающий конкретным природным условиям месторождения можно назвать метод, основанный на энергетической теории. Основоположником энергетической теории в горном деле является профессор Ю.И. Анистратов. Он предложил при выборе средств комплексной механизации технологических потоков в конкретных условиях, при реконструкции карьера или при проектировании нового использовать энергетический метод. Этот метод позволяет количественно учесть природные условия (топографию, климат, свойства горных пород и массива, гидрологические условия), схемы вскрытия и системы разработки, рабочие параметры горного и транспортного оборудования, особенности технологических процессов для выбора эффективного в конкретных условиях комплекта оборудования для технологического потока.

Однако для оценки эффективности технологии разработки, а в частности систем разработки применение этого метода недостаточно. Поэтому возник вопрос о создании метода оценки технологий открытой разработки месторождений на основе энергетической теории. Этим требованиям отвечает метод эргетической оценки эффективности технологии разработки месторождений открытым способом.

Предлагаемый метод, описанный в данной диссертационной работе, основывается на законах физики, что позволяет количественно оценить технологические процессы при разработке месторождений. Данный метод происходит из природной сущности открытых горных работ, где основой служит экскавация и перемещение горных пород. Для осуществления этого процесса необходимо затратить физическую силу, подсчитав которую можно получить объективное неизменное во времени количественное значение. Рассчитав предлагаемым методом известные системы разработки можно выстроить их в классификационный ряд.

Эргетический метод предназначен для выявления эффективной технологии разработки месторождения из ряда вариантов и предоставления ее для экономической оценки. Такой подход при проектировании новых карьеров и реконструкции действующих предприятий позволит существенно сократить и упростить работу инженеров.

Научная проблема заключается в создании метода количественной оценки эффективности технологии разработки месторождений открытым способом с использованием показателя объективных физических затрат в конкретных природных условиях.

Цель работы - создание метода эргетической оценки технологии разработки месторождений открытым способом показателями эргоемкости.

Идея работы - использовать в качестве показателя эффективности технологии разработки месторождений открытым способом эргозатраты (эргоемкость) горных работ, являющиеся истинным отражением физической работы, совершаемой в конкретной природной среде.

Защищаемые научные положения, разработанные автором:

1. Количественную оценку технологии открытых горных работ и вскрытия карьерных полей предлагается определять эргетическим методом, путем расчета количества выполненной физической работы при разработке и перемещении горной массы.

2. Эргетические затраты на разработку месторождения зависят от горно-геологических условий, параметров технологии и кинематики вскрышного и добычного технологических потоков на карьере.

3. Эргоемкость разработки месторождения пропорциональна экономическим затратам.

Научное значение работы заключается:

• в создании метода количественной оценки систем разработки и способов вскрытия при отработке месторождений полезных ископаемых открытым способом в физических величинах; . • в том, что производится оценка использования существующей и перспективной горной и транспортной техники при разработке месторождений полезных ископаемых в различных горногеологических условиях. Практическое значение работы заключается в дополнении инженерного метода выбора и обоснования технологии разработки месторождений открытым способом, основанного на законах физики. Реализация выводов и рекомендаций:

1. Создание эргетического метода количественной оценки эффективности разработки является важным для науки, образования, практики, проектирования новых предприятий и реконструкции действующих.

2. Метод используется в учебном процессе и при проектировании горных предприятий.

Публикации:

1. Метод оценки эффективности систем разработки месторождений полезных ископаемых. Горная промышленность, 4/1998.

2. Энергетический метод анализа систем разработки месторождений открытым способом. Тезисы докладов на международной конференции "Новые достижения в науках о земле", 1997 г.

3. Энергетический метод оценки технологии разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. Тезисы докладов на международной конференции "Новые достижения в науках о земле", 1998 г.

4. Энергетическая оценка систем разработки месторождений полезных ископаемых. Научный симпозиум "Неделя горняка - 98", 1998 г.

5. Эргетическая классификация систем разработки месторождений полезных ископаемых. Тезисы докладов на международной конференции "Новые достижения в науках о земле", 1999 г.

-в

ВЫВОДЫ ПО ПЯТОЙ ГЛАВЕ

1. Эффективной технологией разработки Ушаковско-Бегичевского месторождения является бестранспортная система с применением на вскрышных работах механической лопаты и драглайна, расположенного в выработанном пространстве. Эргоемкость

13 разработки месторождения составила 6.92 • 10 " Дж.

2. Технология разработки с независимым ведением горных работ позволяет сократить расстояние транспортирования полезного ископаемого. При этом сокращение эргоемкости составляет 1.47 • 1013 Дж.

3. Эргоемкость технологии разработки с применением на вскрышных

13 работах двух драглайнов 7.46 • 10 Дж. Увеличение эргоемкости происходит вследствие увеличения расстояния перемещения породы в забое.

4. Эргоемкость технологии разработки с применением одной

13 вскрышной мехлопаты 8.08 • 10,л Дж. Увеличение эргоемкости происходит вследствие увеличения расстояния перемещения породы из забоя в отвал.

5. Предлагаемая технология разработки позволяет снизить себестоимость добычи 1 т угля на 17 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований в диссертационной работе решена актуальная научная задача создания эргетического метода оценки эффективности технологии разработки и вскрытия месторождений полезных ископаемых открытым способом, базирующегося на физических законах работы, энергетической теории, установленных зависимостей эргозатрат при разработки горных пород на карьере и кинематике перемещения горной массы в эксплуатационном пространстве карьера, позволив повысить надежность принимаемых решений и эффективность работ карьеров по добыче полезных ископаемых.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Количественно эргозатраты зависят от свойств горных пород, его объема и параметров трассы перемещения, то есть кинематики.

2. Исследования технологических схем разработки горизонтальных месторождений показал, что при увеличении высоты вскрышного или добычного уступа эргозатраты увеличиваются.

3. Установлено, что технологические схемы разработки с перевалкой, с засыпкой части пласта полезного ископаемого, и переэкскавацией во внутреннем отвале эргозатраты наименьшие.

4. В технологических схемах разработки с переэкскавацией вскрыши драглайнами, расположенными в зоне отвала, и применением холостых перегонов эргозатраты выше, чем в аналогичных схемах без холостых пробегов.

5. Установлены зависимости между технологическими параметрами систем разработки и эргозатратами: - с увеличением высоты вскрышного уступа эргозатраты "увеличиваются;

- с увеличением высоты добычного уступа эргозатраты увеличиваются.

6. Эргоемкость разработки месторождения зависит от расстояния транспортирования горных пород, что определяется количеством и размещением вскрышных траншей.

7. При вскрытии карьерного поля одной фланговой траншеей эргоемкость разработки месторождения больше, чем при вскрытии двумя фланговыми или тремя (двумя фланговыми и одной центральной) траншеями.

8. Величина эргоемкости разработки месторождения прямопропорциональна экономическим затратам.

9. Эффективной технологией разработки Ушаковско-Бегичевского месторождения является независимая схема ведения вскрышных и добычных работ с бестранспортной системой разработки с применением на вскрышных работах механической лопаты и драглайна на иереэкскавации. 10.Эффективным вскрытием Ушаковско-Бегичевского месторождения является парное фланговое вскрытие. Это позволяет сократить расстояние транспортирования полезного ископаемого. 11 .Предлагаемая технология разработки позволяет снизить себестоимость добычи 1 т угля на 17,3 %.

1. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ. М.: Недра, 1995,

2. Анистратов Ю.И. Технологические процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1995.

3. Мельников Н.В., Косырев В.И., Ростовцев А.Ф., Чесноков М.М. Системы отрытой разработки. М.: ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1961. ,

4. Кузнецов К.К., Ястребов А.И., Клепиков Л.Н., Красильников В.Д. Системы разработки и транспорт на карьерах. М.: Недра, 1974.

5. Боголюбов Б.П., Городецкий Л.И., Зурков П.Э., Мельников Н.В., Ржевский В.В., Шешко Е.Ф. Справочник по горнорудному делу. -ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1960.

6. Мельников Н.В. Справочник инженера и техника по открытым горным работам. ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1961.

7. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е., Мельников H.H. Справочник. Открытые горные работы. М.: Горное Бюро, 1994.

8. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике. -М.: Наука, 1984.

9. Горная энциклопедия в 5-ти томах. Том 2. М.: Советская энциклопедия, 1986.

10. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 1. М.: Недра, 1985.

11. Эргономика. М.: Мир, 1971.

12. Единые нормы выработки на открытые горные работы для предприятий горнодобывающей промышленности. Часть 2. М.: Наука, 1989.

13. Барон Л.И. Коэффициенты крепости горных пород. М.: Наука, 1972.

14. Анистратов Ю.И. Технология открытой добычи руд редких и радиоактивных металлов. М.: Недра, 1988.

15. Ржевский B.B. Открытые горные работы. Часть 2. М.: Недра, 1981.

16. Изменения норм технологического проектирования угольных и сланцевых разрезов. Минуглепром СССР. Новосибирск, 1988.

17. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. Издание четвертое, переработанное и дополненное. М.: Недра, 1982.

18. Нормы технологического проектирования угольных и сланцевых разрезов. Минуглепром СССР. М.: 1986.

19. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии с открытым способом разработки -Ленинград, 1886.

20. Нормы технологического проектирования горнорудных предприятий цветной металлургии с открытым способом разработки. М.: Минцветмег, 1986.

21. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. Челябинск, 1991.

22. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия/М.И. Щадов, Р.Ю. Подэрни, E.H. Улицкий и др.; Под ред. М.И. Щадова, Р.Ю. Подерни. М.: Недра, 1989.

23. Справочник строителя. Земляные работы/Л.В. Гриншпун, A.B. Карпов, М.С. Чиченков и др.; Под ред. Л.В. Гриншпупа. М.: Сгройиздат, 1992.

24. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии с открытым способом разработкию/МЧМ СССР, Гипроруда Ленинград, 1986.

25. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины непрерывного действия. Под редакцией М.И Щадова, В.М. Владимирова М.: Недра, 1989.

26. Шендеров А.И., Емельянов O.A., Один И.М. Надежность и производительность комплексов горно-транспортного оборудования -ML: Недра, 1976.

27. Развитие техники и технологии открытой угледобычи. Под редакцией М.и. Щадова-М.: Недра, 1987.

28. Положение о техническом обслуживании, диагностировании и ремонте карьерных самосвалов БелАЗ грузоподъемностью 75 т и более.

29. Потапов М.Г. Карьерный транспорт. М.: Недра, 1985.

30. Правила тормозных расчетов для железнодорожного транспорта Минчермета СССР, Москва, 1986.

31. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины непрерывного действия. -М.: Недра, 1989.

32. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия. М.: Недра, 1989.

33. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. М.: Недра, 1982.

34. Циперфин И.М., Штейн В.Д. Карьерный автомобильный транспорт. -М.: Недра, 1987.

35. Шадрин Н.М. Электрическая тяга на открытых горных разработках. -М.: Недра, 1987.

36. Электроподвижной состав промышленного транспорта (Справочник). Под ред. JI.B. Балона М.:Транспорт, 1987.

37. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965.

38. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов, стоящихся и эксплуатируемых карьеров. -Ленинград. В НИМИ, 1971.

39. Отвалы нагорных склонов / Красносельский Э.Б., Калабин Г.В., Оводенко Б.К. и др. Ленинград. Наука, 1975.

40. Вииицкий К.Е. Оптимизация технологических процессов па открытых разработках. М.: Недра, 1976.

41. Виницкий К.Е. Управление параметрами технологических процессов на открытых разработках. М.: Недра, 1984.

42. Под ред. М.И. Щадова. Развитие техники и технологии открытой угледобычи. М: Недра, 1987.

43. Медников H.H. Моделирование процессов и технологии открытых горных разработок. М.: МГИ, 1987.

44. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах, М.: Недра, 1982.

45. Горовой А.И. Справочник по горно-транспортным машинам непрерывного действия. -М.: Недра, 1982.

46. Щелканов В. А. Комбинированная разработка рудных месторождений. -М.: Недра, 1974.

47. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке. М.: Недра, 1981.

48. Лось H.H. Научные основы комбинированной разработки угольных месторождений Севера. Новосибирск. Наука, 1991.

49. Гидрогеологические исследования в горном деле / В.А. Мироненко, Ю.А. Норватов, Л.И. Сердюков и др. М.: Недра, 1976.

50. Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румынии В.Г. Горнопромышленная гидрогеология. -М.: Недра, 1989.

51. Плотников H.H., Рогинец И.И. Гидрогеология рудных месторождений. М.: Недра, 1987.

52. Справочник по осушению горных пород. Под ред. И.К. Станченко. -М.: Недра, 1984.

53. Расчет и построение систем электроснабжения угольных разрезов. РТМ 12.25.006-90.-М.: 1990.

54. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных разрезов и обогатительных фабрик / ШЛИ. Ахмедов, А.Г. Кузьмичев, Ю.Т. Разумный и др.: Под общ. ред. В.В. Дегтярева. М.: Недра, 1988.

55. Типовые технологические схемы рекультивации нарушенных земель на разрезах. Пермь: ВНИИОСуголь, 1984.

56. Рекультивации по снятию плодородного слоя почвы при производстве горных, строительных и других работ. М.: ГИЗР, 1983.

57. Ищук И.Г., Поздняков Г.А. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий: Справочник. М.: Недра, 1991.

58. Методические указания по проектированию рекультивации нарушенных земель на действующих и проектируемых предприятиях угольной промышленности. Пермь, ВНИИОСуголь, 1991.

59. Бел яков Ю.И. Совершенствование технологии выемочно-погрузочных работ на карьере. М.: Недра, 1977.

60. Васильев М.В. Транспортные процессы и оборудование на карьерах. -М.: Недра, 1986.

61. Вольфсон Ф.И., Дружинин A.B. Главнейшие типы рудных месторождений. — М.: Недра, 1982.

62. Единые правила безопасности при взрывных работах. М.: Недра,1976.

63. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. М.: Недра, 1969.

64. Иофин С.Л. Интенсификация горного производства. М.: ЦЭИ, 1992.

65. Курс рудных месторождений/Смирнов и др. М.: Недра, 1986.

66. Новожилов М.Г. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1971.

67. Малышева В.И., Сиренко В.Н. Технология разработки месторождений нерудных строительных материалов. М.: Недра,1977.71 .Спиваковский А.О. Потапов М.Г. Транспортные машины и автоматизированные комплексы для открытых горных разработок. -М.: Недра, 1983.