автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Оптимизация технологических параметров систем разработки сложноструктурных горизонтальных месторождений

РГи ОА

' о п

Государственный комитет РФ по высшему обсааоЕанию

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ШЗТИГУТ ИМЕНИ Г. а ПЛЕХАНОВА (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

• КАР2НИН АНДРЕИ СТАНИСЛАВОВИЧ

ОПТШИЗАШ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ СЛОКЮСТРУКГУРНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ

Слециасьность С5. л5.03 - "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации иь соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

1594

\ ■ •

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственном горном институте имени Г. Е Плеханова (техническом университете)

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук,профессор

ЕГИН БОРИС АЛЕКСЕЕВА

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук ' ГАЛУСТЬЯН ЭММАНУИЛ ЛПГЕРОВИЧ

кандидат технических наук' ЯШЮЛЬ ЩРКЯ ВИКТОРОВИЧ

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Российский концерн по производству цветных металлов "Норильский никель". Проектный и научно-исследовательский институт "ГИПРОНИКЕЛЬ"

Защита состоится г. -в

'<5 "чао " у5 "шн ыа заседании специализированного Совета Д 033.15. С1 в Оанкт-Штербургском государственном горном институте имени Г. И-Еяаханова по адресу: 109026, г. Санкт-Петербург. 21--я линия, дом 2, аудитория 1160.

' С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке институ-

та

Автореферат разослан .у//» ^«уг^еол г.

Ученый секретарь специализированного Совета, д. т.н., профессора / ЛЪ. И. БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Постоянное выбытие производственных мощностей на месторождениях с наиболее благоприятными условиями для открытой разработки винуэедает осйаивать новые месторождения или участки с худшими и более сложными горногеологическими условиями Залегания пластов полезных ископаемых. При этом требуется тщательный расодт экономической целесообразности эксплуатации месторождения. В нашей стране традиционно осваивались и разрабатывались уникальные и крупнейшие» месторождения, требующие огромных капиталовложений п усилий в масштабах государства. Изменившаяся экономическая ситуация привела к пересмотру прежних взглядов и первостепенной задачей сегодняшнего дня становится освоение небольших месторождений, в : том числе сложносгруктурных, к которым относится большая группа месторождений карбонатного сырья, фосфоритов, угля, глин. Универсальный закон Пипфа и обобщение фактических данных на основе законов статистики свидетельствует, что чем меныш по размерам месторождение, тем чадр оно встречается к наоборот. Разработка небольших залежей обладает рядом преимуществ: уменьшаются сроки освоения, требуются незначительные капиталовложения, сокращаются транспортные расходы на доставку готовой продукции к сот- . ребителям и др.

Рациональное освоение недр, новктание эффективности горного производства становится, асе более актуальней проблемой в' условиях рыночной экономики и высокой арендной платы за земля. В этой связи большой интерес вызывает как совершенствование методики проектирования карьеров, разрабатывающих сдожноструктур-ные горизонтальные месторождения, так и рапчет индивидуальных систем разработки с одно- и многократной перевалкой вдантшют пород во внутренние отвалы драглайнами и определение рациональных параметров шагающее экскаваторов, соотзествуюплх параметрам принятой технологии ведения горних работ на осваивавшх многс-яластоных месторогдекиях. . •.

О б ь е к 2 о м и селе давания являются горизонтальные и пологозалэгащке сложногтруктурные месторождения, .

- г -

сложенные различными по составу, согласно залегающими пластами ' горных пород осадочного происхождения, из которых не менее двух являются полезным ископаемым. Пласты полезного ископаемого разделены пг . ластками вмешэицих пород и могут быть как однородными по составу, так и различными. В качестве гаэнкрбтного примера рассматривается Пикалевское месторождение известняков.

Цель работы - обосновать эффективность разработки сложноструктурных горизонтальных месторождений драглайнами и определить рад!:ональные параметры систем разработки.

Основная идея заключается в создании и научном обосновании технологических схем ведения вскрышных работ для безуглубочных систем разработки, в которых один драглайн отрабатывает максимальное количество устудов вмешающих пород за один проход по фронту работ.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предложены новые схемы ведения горных работ при отработка дЕух-четырех пластов скального полезного ископаемого. Еекрыяшыг работы ведутся одним-двумя драглайнами, находящимися на рабочем борту карьера и осуществляющими отработку всех вскрш;ых уступов за один проход по фронту работ. Добычные работы п; :;:эводятся раздельно ка каждом пласте зкскаватораыи-мех-локатами. Подготовка скальных пород к выем!» осуществляется с крог?ли Еерх.чего пласта на всю глубину отработки.

2. При .разработке нескольких уступов драглайну приходится отрабатывать забои, подошва которых лежит выше уровня установки экскаватора. Для зтого случая определены зависимости изменения объешз недобора и производительности драглайна от разницы в высоте мевду его уровнем стояния и подошвой забоя, а также шириной гаходш!.

' 3. К;обходимо изменить подход к разработке площадных иес-тсрсэдек:п1: не зписывать ограниченное количество типажных моделей шагавших экскаваторов в разнообразные горногеологические условия, а наоборот, определять рациональные параметры драглайна еиу на этапе проектирования карьера, исходя из специфики его эксплуатации. Следует обеспечить возможность изготовления модификаций экскаваторов ка основе • каждой базовой модели в широком • диапазоне длин стрел, как основному параметру, определяю^ му

- 3 -

возможность и границы их применения.

4. Использование экономических критериев - срока окупаемости капиталовложений и чист то приведенного дохода - позволяет наиболее точно определить оптимальный способ вскрытия карьерного поля.

Н а у ч ^ а п новизна работы состоит в следующем;

- предложен новый подход к проектированию систем разработки сложноструктурных горизонтальных месторождений, заключающийся в том, что одним драглайном за один проход по фронту работ отрабатывается мшссималыгае количество пропластков вмещающих пород;

- обоснованы параметры системы разработки двух-четырех пластов скального полезного ископаемого при минимизации состава вскрышного технологического комплекса;

- установлены зависимости по определению объемов недобора и производительности драглайна при разработке им забоя, подошва которого лежит выше уровня установки экскаватора;

- разработана методика определения параметров модификаций драглайнов для отр&Оотки сложноструктурных залежей.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована: широкой информационной базой исследования; применением методов математической статистики, графоаналитического и экономико-математического моделирования; использованием законов формирования рабочей зоны карьера; положительными результатами опытной проверки основных элементов предлагавшей технологии ведения работ.

Практическая ценность результатов, полученных в диссертации, заключается в разработке технологических схем ведения горных работ при отработке нескольких параллельных пластов скального полезного ископаемого, обеспечивающих их одновременную очистную выемку.

Реализация выводов и рекомендаций осуществлена при проектировании систем разработки для карьеров ПО "Глинозем". При этом достигается уменьшение объемов переэкскавации на 45,6 млн. мЗ, сокращается парк драглайнов и расчетный экономический эффект составляет 48,8 млн. рубдв ценах 1990 года) по сравнению с вариантом псслойной отработки залежи.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные результаты исследований догладывались на Республиканской научно-технической конфэренции "Пути совершенствования горных работ и охраны окружающей среды в условиях перехода к рыночной экономике" (г.Новокузнецк, 1S62 г), на Международном симпозиума по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства - секция "Новые технологии полезных ископаемых (открытке горные работы)" г.Санкт-Петербург, 1993 г, на технических совещаниях ПО "Глинозем", на кафедре FM0C и РГП в СШТИ(ТУ), а также используются при чтении курса "Разработка рудных и угольных месторо/вдений" студентам специальности 0805.

Публикации. По материалах« исследований опубликовано 8 печатных работ.

Структура и обьом работы. Диссертация состоит из введения, четырех глаь и заключения, изложенных на 21?. страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, £9 таблиц, приложение и список литература из 86 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одним из способов повьшения эффективности открытой разработки горизонтальных многопластовых месторождений является расширение боны применения системы рзаработки с поперечным перемещением породы во внутренние отеэлы и оптимизация ее параметров.

Исследованию методов проектирования открытой разработга горизонтальных и поло.гоаалегаших месторождений и примензнш рациональних схем экскавации вскрыл/них технологических ш-лексов посеядоны труды акадотлоа Я Е Мельникова, S. В. Рай веко-го, А. И. Арсентьева, докторов технически наук Л. И. Городецкого Е. Ф. lü'iüiiio, К. Е. Виницкого, Ы. Г. Новожилова, IIIL Нельш..- эва Б. А. Егина, В. Г. Прокопы, кандидатов технических наук А. Г1 Зотова Б. А. Гриднена, Л. Е. Жукова, Г. Я. Норсунского, К К. Кузнецова В. Б. Кульйацкгн'о, В. С. Эскина, К1Е. Ямполя и многих других. .

Работа драглайнов организуется no типовым и индивидуальны сютам ведения горних работ. Схемы экскавации различаются по рядком разработки породных уступов, местом установки экскавато

зв, количеством отвальных ярусов и аавися; от параметров истемы разработки, выбранной для конкретных горногеологических сдовий.

Для Пикалевского ыесторолдения известняков характерно аспространение кондиционных промышленных запасов полеаного скопаемого в виде отдельных залежей, на которых прослеживается т одного до четырех, практически горизонтально залегающих, ластов известняка с пропластками рыхлых глинистых пород. Шшг ость каждого пласта делит в пределах 2,0-9,8 м, суммарная мощ-ость вскрыши изменяется от 7,2 до 31,5 м.

Известные схеш организации вскрышных работ на сложност-уктурных месторождениях можно классифицировать по признаку на-ождения драглайна ка отвала (предотвале), что вызывается необ-одимостью увеличения вместимости отвала за счет переэкскавации асти пород во второй и третий ярусы при большой мощности ¡скрыш.

Работа драглайнов на отвале, с однсй стороны, является по-шительным моментом - уменьшая необходимый радиус разгрузки г, соответственно, вес и типоразмер капмны; с другой стороны, [ри наличии переувлажненных грунтов с низкой несущей способ-юстьи, приводит к аварийным просадкам драглайнов, снижающим их фоиэводительность, или же требует проведения дорогостоящих инженерных мероприятий по созданию искусственно уплотненных рабо-шх трасс экскаваторов.

На многих осадочных месторождениях имеются рыхлые вскрып-ше породы, являщиеся неустойчивыми в отвалах: глины, суглицеи, супеси, моренные отложения. Проведенные расчёты устойчивости одноярусного нагруженного отвала, несущей способности от-залькых пород и величины осадок под опорными ялементами акска-затора для условий объекта исследования показели невозможность работы драглайна на внутреннем отвале без специальных илжеизр-шх мероприятий.

Следов.эт^дано, для э<Мективной эксплуатации данного многопластового к^ипорождения поиск рациональной системы разработки должен вестись при условии нахождения вскрышных экскаваторов на забойной стороне. Работать драглайны будут с верхним черпанием, размещая весь объем вскрыш в одном ярусе внутреннего отвала.

Институтом "Гипроникель" для Пикадевского месторождения разработаны схемы ведения горных работ по раздельной последовательной отработке пластов известняка. Первым вскрышным комплексом экскаЕИруотся покрывайте породы с размещением в выработанном пространстве и производится очистная выемка верхнего промышленного пласта полезного ископаемого. Затем, с интервалом в 2-3 года, второй экскагаторно-отвальный (ЭО) комплекс перемешает породы пропластка и переэкскавирует породы верхней вскрыш во внутренние отвалы и осуществляется очистная выемка известняков нижнего горизонта. Коэффициент переэкскавации при мощности Ескрыси 31,5 м составляет 1,35.

Известные варианты системы разработки с одновременной выемкой пластов скального полезного ис;<опаемого ограничиваете; суммарной мощностью вскрьшя до 19,0 м, и количеством пластов -не более двух, при применении драглайнов ЭШ-11/70 и ЗШ-20/9С для условий Пикалевскего месторождения.

В регулт,тате проведенных исследований разработано несколько технологических схем ведения вскрышных работ во всем диапазоне гсрногеологических условий. В зоне распространения дву; промасленных пластов известняка и суммарной мощности вскрыта да 32.0 м предлагается использовать схему, показанную на рис.1, ВерхшЛ стешевский пласт некондиционного известняка отнесен породам Ескрьси. В состав ЭЭ комплекса входят шагаэдие экскава торы ЭШ-11/70 и ЭПЬ20/90. Драглайн ЗШ-11/70 располагается н кровле верхнего пласта известняка и отступающем ходом с аерхни черпанием отрабатьггзс-т рыхлую вскрааг/ - 51, отсыппя ее на ребо чке плоЕЗДки.,тарусского и векессмого промысленных горизонтов 32Ь-11/70 смотает с ограниченным радиусом разгрузки -13,0 м дл того, чтобы рыхдьз породы вскрьш: не попали в основание отвала а были перезкекзвкрованы в верхнюю часть отвальной эаходик Драглайн Э1и 20/90 находится на кровле ьеневег-ого пласта наступающим ходом отрабатывает второй Ескрышнсй уступ - 52 33, навал перезкскэсации - Sr.fiр и пропласток между тарусским. веневекнм горизонтами - 34 + 55. Некондиционные кавестиж отсыпаются'в выработанное пространство в первую очередь, обрг зуя основание отвала и предотЕад. Талое устройство основаш отвала обеспечиваэт дренаж подземных вод деневского горизонта

Рис. 1. Параметры системы разработки двух промышленных и даогс некондиционного пластов известняка при суммарной мощности вскрыш -• Нискр - до 32,0 м.

- а -

повышает устойчивость отвала рыхлых пород, позволяя отсыпать ш одним ярусом. Ось хода ЭШ-20/90 находится на расстоянии 8,0 I от верхней бровки нижнего добычного уступа и опорная баз; экскаватора полностью располагается на веневских известняках, < предотвал служит для его перемещения и предупреждения оползне! и просадок. Драглайн работает с максимальными радиусами дейсг вия и высотой разгрузки, составляющими 83,0 и 38,5 м соот в?тственно. Емкости отвала при угле откоса 30 градусов доста точно для размещения вскрышных пород мощностью до 32,0 м вклю чительно при высоте нижнего добычного уступа не менее 6,6 м Коэйфициент переэкскавации равен 0,54.

При суммарной мощности вскрыши до 20,5 и возможно экскави ровать вскрышные породы одним драглайном ЭПЬ20/90 за один про ход по фронту работ, рис. 2а. Драглайн располагается на почв тарусского промпласта и отрабатывает вскрышную толщу трем уступами. Еерхний - это рыхлая вскркша над стешевским пластом 31, второй - взорванные некондиционные стешевские известняки рыхлый пропласток между стешевским и тарусасим горизонтами Б2, и третий - промежуточная вскрыша между тарусским и ве невским пластами --ЗЗ + Б4.

Е приведенных примерах верхний (стешевский) пласт отнесе к породам вскрыши, но возможна и очистная его выемка,как попу! кого полезного ископаемого.

Параметры системы разработки трех промышленных пластов и; вестняка ■ драглайнами 5Ш-20/90 и ЭШ-11/70 показана на рис. 2( Такая схема обеспечивает отработку суммарной мощности толы рыхлых породило 28,0 и включительно при условии нахождеш трасс драглайнов полностью на забойней стороне. Коэффициент п; реэкскавации 0,51. Ведение вскрышных работ одним драглайн! ЗШ-20/90 в этом случае возможно при мосцгасти вмешашкх пород , 19,0 м. Уменьшение вместимости отвальной заходки обусловле] отсутствием достаточных объемов скальных пород для создан, основания отвала.

Для наиболее сложных горкогеологических условий, при нал чии четырех пластов известняка, параметры системы разработ представлены на рис. 2в. ЭО комплекс состоит из двух драглайн ЭПЬ20/90, отрабатывающих Ьушаркую мощность вскрыши до 32,0

V Рис. 2. Шра.\йтры системы разработки: а) двух промишкиных и одного,' некондиционного огастоз известняка гри Нескр < 20,5 м, б) трех пластов.известняка при Квекр < 28,0 м; ь) трех промышленных и одного некондиционного пластов известняка' при < 32,0 м..

Первый драглайн, находясь на кровле верхнего пласта, отрабатывает два уступа и Б2 + 53 верхним черпанием с разгрузкой в качал, занимающий в поперечном разрезе рабочие шюлэдки на почве среднего пласта, кровле южего пласта и частично выработанного пространства. Вслед за первым работаэт второй драглайн ЭИ-20/90, зкскавирухидий горную массу с двух уступов: £4 я 56 -г Бб и навала 2пер в конечный контур отвала. Коэффициент переэкскавации достигает 0,68. Предотвал, необходимый дли передвижения кижного драглайна и создания для него же бермы безопасности при работе, отсыпается из доломитизированных известняков среднего пласта - забой £35.

С целью сокращения минимальной длины фронта работ и возможности экскавации скальных пропластков вскрыши аа один проход 30 комплекса предлагается буровые работы вести с кровли верхнего пласта «а всю глубину отработки, подготовку скальных пород к выемке осуществлять рассредоточенными сквежшными зарядами.

При отработке драглайном забоя, находящегося выше уровня стояния экс!аватора, вовнккаэт вопрос обеспечения безопасности и з^ективности его действия. Геометрическая модель работы драглайна в поперечном раарэае применительно к предложенным схемам ведения работ приведена на рис. 3.

Поскольку разработка вскрышных уступов производится верхним черпанием, то при повороте агекватора на разгрузку возникает опасность удара подъемного каната о массив уступа в зоне верхней бровки - точки Д и Д^.

Для устранения этой опасности необходимо понизить уступ в зоне зерхней бровки до положения, когда его верхняя площадка совпадает с наклонной плоскостью, проходящей по линии движения тягового каната. На рис. 3 это положение показано линией, соединяющей точку врезки ковша с.ссьы блоков наводки - линии БО или Е^О. Тогда линия движения подъемного каната не будет пересекаться с новым положением бровки откоса уступа - точка С или С. Первоначально в поперечном сечении следует отработать треугольник ВСД или Р^ С( Д^. Понижение откоса по фронту работ оеушвет-Еляется с опережением отрабатываемого забойного блока на одну ею длину - , чтобы работать в пределах необходимой длины слоев выемки.

-11 -

При отработке верхнего вскрышного уступа необходимо обеспечить зачистку горизонтальной плсщадки ЕЙ на рис. 3, с которой затем производятся буроззрызкые работы. Отработку уступа возможга вести сверху вниз по наклонны/ плоскостям, проходяиим по линия дкижзния тягового каната (плоскости ОА, ОВ<, ОВ, Исходя из условия некасания канатом породы в забое, без у* конструкции подвески ковш, можно утверждать, что горизонтальную площадку можно зачистить максимум на высоте оси Олокоб наводки (точка О) - Ььп. Ясли высота площадки больше Ьм,то остается площадь недобора - треугольник ЕРИ.

Максимальная высота недобора:

Ь = (1)

** 5Ш -оСгк)

где Б - берма безопасности верхней рабочей площадки, и; А - ши-■ ркна гаходки, м; Л - угол откоса вскрьшного уступа; обтх - угол наклона тягового каната;

- И,

= ожЛц п . (2)

где Рсл- положение оси пяты драглайна относительно оси вращения э;сскаватора, и; Я - максимальный радиус черпания драглайна, м; Ьй - высота забоя экскаватора, м: £а - расстояние по горизонтали от точки 3 до вертикальной прямей максимального радиуса .черпания экскаватора (А Е), м.

Таким образом, а пределах забойного блока образуется объем недобора: . л

V - 0,5 Пг„.(А+Б)-£3? . (3)

На практике данный объем доллеч убираться бульдозером. За счет чего уменьшается гремя экскавации драглайна.

Установлены зависимости,показывающие какая часть вскрыпгасй заходкя не экскавируотся драглайном в случае отработки забоя высотой 12 м, лежащего в шиз уровня стояния экосаватора, рис. 4а.

Графики покаэызаш, что изменение соотношения обьема недобора к объему вскрмцчой заходки прямо пропорционально увеличению разницы меаду уровнем стояния драглайна и погошеой устуг.а. Наиболее- благоприятное С 1.шшмсш>.ч0е) с-ост1 нио между объемами

дорви забоя H; б) коэффициенч-а организации 'работ, от Н. . Еисота уступа 12 м. Шярииа заходки: 1-20 м, 2 - 25 м. '3 - SO м, 4 -35 м, 5 - '¿О к. ''''"'"'

недобсра и ваходки прослеживается для наименьшей ширины вскрышной заходки. Следовательно, использовать подобную технологию ведения горных работ рационально при минимальной ширине захо-док.

В основе расчета годовой полезной производительности вскрышного комплекса лежит техническая производительность драглайна Забойный блок (часть вскрышной заходки по длине разная пагу перемещения драглайна от одной стоянки к другой) включает, как правило, элементы, отличающиеся условиями выполнения операций рабочего цикла (нижнее и верхнее черпание, разные углы поворота на разгрузку, состояние грунта). Потому техническая производительность драглайна Пгехн определяется с учетом условий разработки элементов забойного блока.

Сменная производительность драглайна:

Лсм - Птахн Тем -Hueкг-liopr , (4)

где Тем - продолжительность смены; Кис - коэффициент использования экскаватора, учитывающий регламентированные перерывы; Кг - коэффициент готовности экскаватора; Корг - коэффициент организации работ, учитывающий затраты времени на сталкивание породного натяга, перемедение экскаватора вдоль фронта работ и прочих непроизводительных работ, выполняемых драглайном в течение смены.

Из графиков на рис. 46 видно, что уменьшение коэффициента организации работ наблюдается при любой высоте забоя и ширине рабочей площадки с ростом разницы в уровне установки экскаватора и подошвы забоя - л Н. Но меньшее влияние на Корг высоты подошвы уступа характерно при отработке узких вскрышных эаходок - шириной 20; 25 и.

Нэсмотря на снижение коэффициента организации работ при отработке забоя, лежащего выше горизонта установки экскаватора, эксплуатационная производительность драглайна даже возрастает за счет уменьшения угла поворота на разгрузку при экскавации ?абоя наступающим ходом и соответствующего увеличения Пгехн.

Предложенные схемы ведения работ для одновременной отработки нескольких пластов пелегного ископаемого по сравнению с последовательной отработкой пластов позволяют снизить объемы переэкскавации fiojee чем э 2 раза, сократить парк драглайнов и

- 14 -

уменьшить себестоимость вскрышных работ в 1,5 - 2,0 раза.

Использование второго (вспомогательного) драглайна в разработанных технологических схемах вызывается не столько вместимостью внутреннего отвала, сколько значительной шириной рабочего борта карьера, возрастаний пропорционально количеству одновременно отрабатываемых пластов полезного ископаемого.

йшимизировать состав зскрьшсго технологического комплекса возможно за счет применения длинностреловых модификаций базовых моделей драглайнов. Проблемой определения рациональных параметров драглайнов занимались многие видные ученые, доктора технических наук Н. Г. Дрмбровский, К Е. Виницкий, X. Д. Вино-курский, Е И. Сатовский, К Е Мельников и другие.

Основные закономерности подобия для определения параметров экскаватора так или иначе связаны с его весом а Для сравнения серии машин одного типоразмера канд. техн. наук Е А. Гридпевым предложена формула: оЯс ,5 .

£ = -Я''* , (6)

где - концевая нагрузка; К - конструктивно-весовой коэффициент.

Определять рациональные параметры модификации драглайна следует исходя из двух противоположных тенденций:

1. С ростом длины стрелы происходит уменьшение объема ковша драглайна, что приводит к уменьшению производительности, но увеличение радиуса разгрузки снижает коэффициент переэкскава-цик.

2. При увеличении емкости ковша уменьшается длина стрелы и пропорционально росту объема ковша растет производительность драглайна, но при этом возрастает коэффициент переэкскавации.

Таким сбраэом, необходимо установить выгодность либо прямой экскавации с меньшей производительностью экскаватора, либо дополнительной переэкскавации с большей производительностью драглайна. На рис. 5 показано как изменяется теоретическая производительность Пг и коэффициент переэкскавации Клер с ростом длины стрелы модификаций двух базовых моделей вагащих экскаваторов Э2Ы1/70 и ЗШ-20/80 при отработке ими двух и трех вскрышных уступов соответственно и суммарной мощности вскрыши 31,2 м.

Применение приведенной на рис. 2а системы разработки трех

пластов известняка с использования одного драглайна ЭЩ-20/Э0 ограничивается максимальной мощностью вскрыши 20,5 и. На 5-ом участке Пйкалевсиого месторождения средняя мощность втвщлщх пород составляет 23,0 и. Для случая выемки трех пластов в качестве полезного ископаемого требуемый радиус действия одного вскрышного аткаватора составляет 92,0 м. С учетом формулы В.А.Гриднева (5) этому условии отвечает драглайн ЭПМ 7/100, яв-ЛЯЮЩ1ЙСЯ дликностреловой модификацией ЭШ-20/90. Сравнение расчетной. модификации драглайна с комплексом машин ЭШ-20/90 и ЭШ-11/70 или ближайшей большей базовой моделью ЭШ-25/100 показало, что использование Э2М7/100 позволяет значительно уменьшить сумму капиталовложений, снизить себестоимость экскавации вскрыш на ЗОХ при равной о комплексом драглайнов скорости поджигания фронта работ и обеспечении одинековой производительности по полезному ископаемому.

Следует изменить подход к разработке сложнострукгурных по-логозалогащих месторождений. Очень широкие границы изменения горногеологических условий обуславливают необходимость применения драглайнов с бсльпмм диапазоном линейных параметров, которому нз полностью соответствует имеющимся типоразмерный ряд. Необходимо определять рациональные параметры драглайна на этапе проектирования карьера, при обеспечении.возможности изготовления модификаций а широком диапазоне длин стрел для всех базовых моделей.

Особенностью площадных месторождений, представленных, не-*->льшими отдельны:« залежами, является трудность выбора порядгл отработки участков и оптимального способа вскрытия каждого участка, учитывающего большое количество природных и технологических факторов. К последним относятся рациональная длина фронта работ и оптимальное количество вскрывают:/ выработок, приходящихся на один самостоятельный участок отработки, а также параметры принятого горного оборудования.

Известным и необходимым условием отработки >4онкретного месторождения или отдельной залежи является возможность возвращения капиталовложений, затраченных на строительство карьера и приобретение оборудования. В частности, при небольших балансовых запасах полезного ископаемого дополнительные капитальные

эффициента переэкскавации от длины стрелы модификаций драглайнов ЭШ-И/УО и ЭШ-Й0/90.

Рис.'5. "азисимости производительности вскрышного комплекса ст длины фронта работ. I - одна, II - две, III - три въездные транши.

затраты на проходку второй или третьей въездной транши могут не окупиться за срок отработки месторождения. Приведенная величина капиталовложений на строительство карьера - Кпр не должна превышать дисконтированной величины прибыли за принятый tOK -срок окупаемости капитальных затрат при заданной производительности: ii, irt '«Г

КпР »Z Kt а+ц Ptiч+о , (6)

где Р - прибыль от реализации продукции в t-ом году, руб ; i -процентная ставка на капитал; К - капиталовложения в t-ом году строительства, руб; tc - срок строительства, лет.

Следовательно, срок окупаемости капиталовложений:

to< = - .. 7, . (?)

Существует зависимость производительности вскрышного комплекса Qb от длины фронта его работы L-фр при различном количестве вскрывающих выработок. Зависимости Qb - Г(Ьфр) для случая одновременной очистной выемки двух пластов при мощности вмещающих пород 20,0 м и доставки полезного ископаемого железнодорожным транспортом показаны на рис. 6. Они свидетельствуют, что минимальная длина фронта работ (600 м), являющаяся наилучшей по критерию минимума затрат на отработку месторождения не всегда соотЕетсвует оптимальной длине фронта,определенной по горнотехническим факторам (более 1000 м при двух траншеях). Необходимость в проходке третьей вскрывающей выработки возникает только при значительной длине фронта работ (более 2000 м) с целью снижения средневзвешенного расстояния откатки или же увеличения производительности добычных работ. Для других горногеологических условий зависимости Qb » f(L4>p) носят аналогичный характер.

Таким обрагом, условием освоения месторождения или его участка, а такжя целесообразности строительства второй или третьей въездной траншеи, является возможность возмещения капиталовложений за срок окупаемости. Для оценки предельно допустимой суммы капиталовложений необходимо рассчитать производительность участка при работе с одной и двумя (тремя) въездными траншеями и годовую сумму прибыли при его эксплуатации, т.е.

определить выгодность работы либо с меньшей производительностью при минимуме затрат, либо с большей производительностью при возрастании суммы затрат на строительство карьера.

• Критерием, учитывающим изменение производительности карьера и суммы затрат на его отработку, является приведенный чистый доход за весь период отработки месторождения Ьзк :

Дсум-%. тт^тг —-тах , о)

позволяющий наиболее полно ошнить схемы вскрытия с позиции экономической эффективности горнодобывающего предприятия и определить вариант, который принесет максимальную прибыль при разработке данного месторождения.

Рентабельность проекта обеспечивается при положительных значениях Дсум.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы, результаты и рекомендации заключаются в следующем:

1. В результате проведенных исследований по определению рациональных параметров систем разработки сложноструктурных горизонтальных месторождений:

- разработаны и обоснованы новые технологические схемы ведения горных- работ при одновременной отработка нескольких пластов скального полезного ископаемого, позволявшие минимизировать состав Ескрышного технологического комплекса, уменьшить сбгемы переэкскавации и снизить себестоимость вскрышных работ в 1,5-2,0 раза по сравнению с технологией последовательной отработки пластов;

- доказана возможность отработки дрэглайном уступа, лежа-'изго зшм уровня установки экскаватора. Это позволяет применять

ноеыс технологические схемы и оптимизировать параметры систем разработки многоплановых мсторождений; .

- обоснована необходимость определена рациональных параметров ¡¿ог-фикааки драглайна, зависящих от параметров системы

разработки конкретного месторождения на стадии проектирования карьера. 'Следует обеспечить возможность строительства шагающих экскаваторов на основе каждой базовой модели в широком диапазоне длин стрел;

- усовершенствована методика определения оптимального способа вскрытия. Использование критериев срока окупаемости капиталовложений и приведенного чистого дохода от эксплуатации месторождения позволяет более точно произвести оценку вариантов, определить необходимое количество вскрывающих выработок, производительность карьера и эффективность его эксплуатации .

2. Разработаны рекомендации по проектированию систем разработки и определению способа вскрытия карьеров, позволяющие повысь, ъ эффективность эксплуатации пологозалегавщих сложност-руктурных месторождений: .

- проектирование эффективных систем разработки маломопда'вд многопластовых залежей базируется на идее использования одного драглайна для отработки максимального количества уступов вмещающих пород за один проход по фронту работ;

- установленные зависимости позволяют определять обг^ш • недобора и рациональную ширину ааходок для случая отработки драглайном уступа, лежащего выше его уровня стояния;

- при отработке сложноструктурных месторождений с небольшой мощностью покрывающих пород основное' влияние на выбор параметров драглайна оказывает не вместимость отвальной гахсдки, а конструкция рабочего борта, требующая использования максимального радиуса и высоты черпания;

- разработана методика определения рациональных параметров модификации драглайна для принятой системы разработки в конкретных горногеологических условиях. .'

3. В целом проведенные исследования могут быть использованы для решения вопросов выбора способа вскрытия, системы разработки и типоразмера драглайна при отработке площадных сложпост-руктурных месторождений с породами вскрыши, не обеспечивающими проходимость экскаваторов по внутреннему отвалу.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих •работах:

.: < 1. Потапов А. К., Егин Б. А., Кульбацкий а Б., Каренин А. С. Развитие рудной базы Пикалевского объединения "Глинозем". Цветная металлургия, 1991, N 8, с. 1-4.

2. Каренин А. С., Дементьев А. Е Оптимизация длины фронта работ карьера при вскрытий горизонтального месторождения одной въездной траншеей. Тез. докл. - Республиканская научно-техническая студенческая конференция. Новокузнецк, 1992, с. 77-78.

3. Егин i>. А., Каренин А. С., Кульбацкий Е Е Использование отечественного оборудования как путь выхода на эффективную экономику. Горный гцуркал, 1993, . N 1, с. 40-44.

4. Каренин А. С., Егин Б. А. Особенности разработки слож-нострукгурных горизонтальных месторождений. Сб. н. тр.: Проблемы открытой добычи угля в Кузбассе. Кемерово, 1993, с. 93-107.

5. Каренин А. С., Егин Б. А., Потапов А. К Развитие рудной базы ПГО "Глинозем". Цветная металлургия, 1993, Н 1, с. 1-5.

6. Каренин А. С. Ведение буровзрывных работ при разработке трех сближенных пластов известняка. Тез. дохл. - Международный симпозиум по проблемам прикладной геологии, горкой наук» и производства. Секция "Новые технологии полезных исшпаемых (открытые гсрпые работы)", Санкт-Петербург, 1993, с.213-221.

7. Егин Б. А. , Каренин А. С. Технология ведения горных работ на сложноструктурном месторождении известняков. В Шлш. сб. н. тр.: Проблемы теории проектирования карьеров. СПб, изд. СПГГЖТУ), 1993, с. 55-72.

8. Каренин A.C. Оптимизация параметров системы разработки небольших сложноструктурных горизонтальных месторождений. В Мэув: сб. н. тр.: Проблемы теории проектирования карьеров. СПб, изд.. СПГГИ(ТУ), 1993, с. БЗ-92. '