автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Совершенствование методов определения границ карьеров на основе математического моделирования карьерного пространства

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Санкт-Петербургский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт имени Г. В. Плеханова

На правах рукописи

БИЛИН Андрёй Леонидович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ (АРЬЕРОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КАРЬЕРНОГО ПРОСТРАНСТВА

Специальность 05.15.03 - "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

А вгореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Горном институте ордена Ленина Кольского научного центра Российской АН

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Сергей Прокофьеьич Решетияк

Официальные оппоненты: доктор технических наук_ профессор

Ильин Сергей Александрович

кандидат технических наук, доцент Шпанский Олег Васильевич

Бвдуш^ш организация: Государстьепший институт по проектированию предприятий горнорудной промышленности ТИПРОРУДА"

Защита состоится ______г-

в " $ " часов "_" минут на заседании специализированного

Совета Д 063.15.01 в Санкт-Петербургском горном институте по адресу: 199026, Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21 линия, д.8, аудитория 1160.

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

Автореферат разослан " 6 11 Ыл1902 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук, профессор

И.Богуславский

^ '.■¿ЛнОкЬКЛ 1ЯЫ.;Г ¡¡ш

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. "Тргтокротом способе разработки многие решения проекта (по режиму горных работ, производительности, структуре комплексной механизации и параметрам схемы вскрытия, промышленным запасам и времени эксплуатации месторождения) зависят от принятых контуров карьера. Высокая степень влияния контуров карьера на'остальные проектные решения и отсутствие достаточно простого и общепризнанного метода оценки оптимальности принятого проектного решения го границам открытого способа разработки месторождения обуславливают сохранение среди исследователей большого интереса к вопросу определения гранка карьеров.

Трудность обоснования принятого решения по границам карьера объясняется высокой сложностью карьера как объекта проектирования, его большим сроком службы и изменением в связи с этим оценочных критериев, разнообразием влияющих факторов и прогнозным характером их значений. Однако, не отрицая значимости исследования влияния на границы карьера всего вше перечисленного, отметим, что к.т.н. Саканцев М.Г. в начале 80-х годов в ходе диссертационных исследований выявил факт неоптимальности контуров, полученных при использовании традиционно применяемых методов определения границ открытого способа разработки.

Таким образом, -был поставлен вопрос о погрешностях сашх методов проектирования и необходимости 1« совериекствования, не разрешенный из-за высокой трудоёмкости проектных проработок при ручных методах решения задачи определения границ карьеров.

Анализ показал, что источником погрешности традиционных методов является неучёт объёмных свойств карьера как объекта проектирования, т.к. эти методы рассматривают задачу определения границ трёхмерного карьера в виде набора более простых двумерных задач. В связи с этим большой практический и теоретический интерес представляет задача определения границ карьера непосредственно в трёхмерном пространстве с помоеьо методов математического моделирования месторождения и карьера и задача анализа традиционных методов проектирования границ при учёте объёмных свойств карьера. Решение этих задач возможно при освоении математических методов ("теории графов" и "подвижного конуса") или при исследовании основных зависимостей теории проектирования методом вариантов.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка рекомендаций по совершенствованию методов определения границ карьеров на основе установление закономерностей изменения объёмных показателей карьера (объёмов руды и вскрыши в контурах карьера, среднего и контурного коэффициентов вскрыши) при изменении его размеров и Форш.

ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ состоит в применении аналитических и имитационных моделей карьерного пространства для расчёта объемных показателей карьера и в использовании нового показатэля экономической эффективности карьера - условного ВЫИГРЫША ПО ВСКРЫЕЕ - в качестве критерия сравнения вариантов контуров.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАЩИЩАЕМЫЕ АВТОРШ.

1. Объёмы полезного ископаемого и вскрышных пород в контурах проектируемого карьера оказывают определяющее влияние на экономическую • эффективность открытого способа разработки в конкретных границах, которая оценивается новым показателем карьера - "условным выигрышем по вскрьше", представляющего собой условный объем, получаемый при перемножении объёма руды в контурах карьера на граничный коэффициент вскрыши за вычетом объёма вскрыш в этих *е контурах.

2. Определение границ карьера следует осуществлять путём оптимизации запасов руды и объемов вскрыши в контурах карьера с учётом объемных свойств карьера.

3. Определение границ карьера для коротких залежей необходимо проводить методом оптимизации формы карьера при совместном определении глубины карьера и длины его дна.

4. Для длинных залежей определение границ карьеров необходимо осуществлять путем оптимизации формы ^торца при глубине карьера в центральной его части, определенной на поперечном разрезе по принципу равенства линейного контурного и граничного коэффициентов вскрыши. -

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в:

1. Обосновании показателя "условного выигрыша по вскрыше", который характеризует взятую относительно натуральных за-мыкагацих затрат экономическую эффективность разработки месторождения открытым способом в конкретных контурах.

2. Новых подходах к определении замыкающих экономических условий, которые позволяют учесть при расчёте граничного козф-4ыциенга вскрьаи конкретные горно-геологические условия разра-

ботки месторождений и различный уровень потерь полезного ископаемого в недрак при разработке месторождения открытым и подземным способами.

3. Новых подходах к классификация залежей по длине в зависимости от целесообразной формы оптимального контура.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы заключается в возможности учёта полученных выводов при проектировании карьеров и применении метода оценки соответствия проектных контуров карьера исходным технико-экономическим условиям, который позволяет выявить объекты для первоочередного изменения границ карьеров.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ работы обеспечивается:

- простотой и адекватностью математических моделей карьерного пространства;

- положительными результатами опытной проверки теоретических выводов;

- соответствием предлагаемых подходов традиционно используемым теоретическим принципам.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Методические, теоретические и практические рекомендации и положения предложены к внедрению в проектную практику института "Гипроруда" и методику проектирования карьеров. Суммарный расчётный экономический эффект от применения разработанных методов при определении перспективных границ карьера Ковдорского ГОКа составляет 10-15 млн. рублей по сравнению с вариантом контуров карьера, предложенных Гипрорудой при технико-экономическом обосновании необходимости реконструкции карьера Ковдорского ГОКа.

АПРОБАДИЯ РАБОТЫ и отдельных ее положений осуществлена на 8-м Всесоюзном семинаре "Оптимизация горных работ" - г.Новосибирск (1989 г.), на Всесоюзной конференции "Проблемы комплексного использования природных ресурсов Кольского полуострова" - г.Апатиты (1990 г.), на б-й Региональной научно-теоретической конференции молодых ученых и специалистов по проблемам добычи и обогащения руд - г.Апатиты <1990 г.) и Всесоюзной конференции молодых ученых "Добыча и обогащение комплексных руд" - г.Апатиты (1991 г.). Основные положения диссертации докладывались в институте Гипроруда (1991 г.) и на кафедре Разработки месторождений открытым способом в Санкт-Петербургском горном институте (1992 г.).

ПУБЛИКАЦИЙ. По материалам исследований имеется 5 публикаций.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, содержит 213 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 32 таблицы в тексте и 9 - в приложении. Список литературы включает 73 источника.

. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Научным основам теории проектирования карьеров, развитию методов определения границ карьеров и их совершенствованию посвящены труды многих 'отечественных учёных: акад. РАН В.В.Ржевского, акад. РАЕН А.й.Арсентьеьа и В.С.Хохрякова, профессоров Я.В.Бунина, П.И.Городецкого, А.С.Фиделева, Г.А.Холод-някова, Е.Ф.Шешко, Б.П.Юматова, к.т.н. К.А.Кумачева, Е.Е.Маркова, И.Г.Саканцева и других. Выли рассмотрены вопросы влияния на границы карьера производственной мощности, комплексности использования полезного ископаемого, его качества, динамики гсрных работ и т.д.

Одним из направлении развития теории проектирования карьеров в настоящее время является создание систем автоматизированного проектирования (САПР) карьеров. В данной области в течении длительного времени работают творческие коллективы во главе с акад. РАЕН В.С.Хохряковым, доктором технических наук И.Б. Табакманом, кандидатами технических наук Д.Г.Букеиханозым, В.В.Квиткой, В.П.Линевым,- A.C.Танайяо. Многие из этих коллективов вышли на уровень создания программного продукта по различным направлениям и задачам проектирования. Однако, несмотря на значительные результаты и большой накопленный опыт, сами разработчики остаются зачастую неудовлетворенными уровнем ключевых алгоритмов САПР и отмечают их информационную рыхлос.ть, неоднозначность и недостаточную обоснованность основных проектных решений.

Анализ.показал, что наряду с уникальностью месторождений и высокой сложностью карьеров как объектов проектирования одной из главных причин такого положения в вопросе определения границ карьеров является механический перенос в алгоритмы САПР методов, ориентированых на плоскостные методы решения проектной задачи определения границ карьера.

Данные предпосылки обусловили идею использования возможностей вычислительной техники и накопленных в процессе создания САПР знаний по математическому моделированию месторождений и карьеров как трёхмерных пространственных объектов для создания исследовательских моделей. При значительной оперативности к высокой точности -расчётов модели позволяют провести анализ методов проектирования и развить их на основе выявленных закономерностей.

В число задач исследования воало:

1. Создание алгоритмического аппарата объёмного аналитического и имитационного моделирования месторождений и карьерного пространства и реализация его на ЭШ.

2. Обоснование нового показателя карьера, характеризующего эффективность открытого способа разработки.

3. Исследование закономерностей изменения объёмных показателей карьера при изменении размеров и формы карьера.

4. Разработка метода определения границ карьера на основе оптимизации объёмов руды и вскрыш в контурах карьера.

5. Сопоставительный анзлиз предлагаемого и традиционно применяемых методов определения границ карьеров.

6. Оценка области рационального применения разработанного метода оконтуривания карьеров.

Первый этап исследований проводился на аналитической модели карьера простой конусообразной формы и столбообразного рудного тела. Положенные в основу модели математические формулы рассчитывают объём руды и вскрыши в контурах, а также ряд других показателей карьера, что позволило проанализировать зависимости от глубины карьера среднего, эксплуатационного, контурного и первоначального коэффициентов вскрыши для различных экономических, инженерно- и горно-геологических условии.

В ходе анализа возможностей данной модели был предложен новый показатель экономической эффективности карьера - УСЛОВНЫЙ ВЫИГРЫШ ПО ВСКРЫШЕ V , связывающий между собой посредством граничного коэффициента вскрыши пг объёмы полезного ископаемого Р и вскрышных пород V в контурах карьера:

И - Р • «г " V , м3 . (1)

Произведение Р • пг характеризует ценность полезного ископаемого для народного хозяйства, взятую относительно натуральных замыкающих условий (пг) и извлекаемую при переработке включённого в контур карьера объёма руды. Объём вскрыши в контурах опосредованно характеризует уровень суммарных затрат на разработку этого же карьера. Таким образом, ВЫИГРЫШ ПО ВСКРЫШЕ характеризует неприведённую общую экономическую эффективность открытого способа разработки месторождения, взятую в натуральном выражении' относительно замыкающих условий. При этом по своей экономической сущности он аналогичен предложенному ещё П.И.Городецким "показателю сравнительной экономической эффективности", но более прост.

Другая-форма записи выигрыша по вскрыше имеет вид:

и-Р-(пг-Ис) , м3 (2)

' где «с - средний коэффициент вскрыш в контуре карьера.

Зависимость.этого показателя от глубины карьера имеет однозначный максимум, а использование его в качестве критерия сравнения вариантов контуров при определении границ карьера ориентировано на принцип извлечения максимума прибыли при эксплуатации месторождения. Связь данного ( V -* шах ) подхода с принципом определения границ по условию равенства контурного и граничного коэффициентов вскрыши ( п* » пг ) подтверждается при исследовании формулы (1) на максимум относительно глубины. Контур карьера, выбранный по условию максимума условного выигрыша по вскрыше, отвечает условию равенства контурного и граничного коэффициентов вскрыши. При этом контурный коэффициент вскрыли является характеристикой контурной прирезки карьера, а выигрыш по вскрыше представляет собой характеристику карьера в целом. Т.о., данный показатель имеет физический смысл объёмов вскрыши, размерность м3 и выступает в качестве экономической категории.

Зависимость V от глубины карьера для различных горно-геологических (рис.1,а) и экономических (рис.1,6) условий показывает, что оптимум размеров карьера определяется величиной граничного коэффициента вскрыши. При неверном значении пг народное хозяйство недоизвлекает прибыль, в одном случае (при завы-

кении пг), за счёт экономически неоправданных вложений во вскрышные работы или, в другом случае (при занижении), за счёт исключения из эксплуатации части запасов месторождения, имею-' адх затраты на разработку меньие предельных.

а) б)

Рис.1 Зависимость И от глубины карьера для:

а) пг « 12 м3/м3 и различной модности покрывающих пород Ь^: 1-0 м; 2- 100 м; 3-200 ы; 4-300«;

б) Ьв - 0 м и различного уровня замыкающих условий пг: 5-8 мЗ/м3 ; 6 - 12 м3/м3 ; 7 ~ 16 м3/*3.

Данный вывод обусловил необходимость проведения анализа методов расчёта граничного коэффициента вскрыш.

Несмотря на большое количество уточняющих подходов, предложенных исследователями в последнее время,' в проектной практике продолжает находить широкое применение известная формула расчёта пг, описанная в единой методике проектирования, которая опирается на экономическое сравнение открытого и подземного способов отработки запасов месторождения и учитывает себестоимости и удельные капвложения в подземные и открытые горные работы, в связанное с ними обогатительное производство, а также учитывает ряд качественных характеристик переработки полезного ископаемого. Одними из ключевых недостатков данной форму-

лы является то, что она не учитывает при экономическом сравнении открытой и подземной добычи разный уровень потерь полезного ископаемого в недрах при отработке запасов и не учитывает конкретные горно-геологические условия разработки месторождении.

При анализе влияния горно-геологических условий на основные показатели эксплуатации карьера было отмечено, что границы карьера определяются контурным коэффициентом вскрыши пк , в то время как удельные капвложения во вскрышные работы пропорциональны эксплуатационному коэффициенту вскрыш п. Данное обстоятельство обусловило целесообразность приведения величины расчетных удельных капвложений кв во вскрышные работы от эксплуатационных условий к контурным при расчёте граничного коэффициента вскрыши

к*' - п / Пк ■ кв » РУб. на т/год . (3)

Определение "приведенных удельных . капвложении во вскрьшные работы", позволяет учесть влияние на . границы карьера выбранного режима горных работ и конкретных горна-геологических условий разработки месторождения (рис. 2), определяющих величину эксплуатационного коэффициента вскрьши. В большинстве случаев приведенные капвложения меньше расчётных на 2СМ0 1, что приводит к увеличению рассчитываемой величины граничного коэффициента вскрьши на 5-10 X при прочих равных условиях.

Рис. 2 Зависимость среднего коэффициента вскрьши от глубины карьера пр,и мощностях покрывающих пород Ьв: 1 - 0 м; 2 - 100 м; 3 - 200 м; 4 - 300 м.

В ходе поиска методов учёта различного уровня потерь, полезного ископаемого в недрах при сравнении альтернативных способов 'разработки произведено разделение понятий, "граничного" и "экономически допустимого" коэффициентов вскрыши.

Если исходить из традиционных понятий, под гранитам коэффициентом вскрыши понимается максимально допустимый коэффициент вскрыши по условию экономичности открытых разработок, по величине которого определяют границы карьера, а понятие экономически допустимого коэффициента вскрыш считается одним из синонимов граничного,* называемого еще иногда допустимым, критическим, расчётным или предельным.

Если же исходить из сущности терминов, то:

- "граничным" следует считать предельный коэффициент вскрыши,

по которому определяются границы карьера;

- "экономически допустимым" - допустимый экономически, макси-

мальный по условию нулевой или нормативной предельно малой рентабельности горнодобывающей отрасли.

При этом граничный коэффициент вскрьиш может определяться как по условию минимальной рентабельности эксплуатации и переработки ПИ для месторождений бедных и малоценных руд, для которых под?емный способ разработки изначально неприменим, так в по условию равенства затрат при подземном и открытом способах разработки для месторождений богатых и ценных"руд, на которых рентабельна подземная добыча.

То есть, граничный коэффициент • вскрыши в первом случае равен экономически допустимому na , а во втором является, фактически, "граничным сравнительным" (полученным при экономическом сравнении) коэффициентом вскрыш tir, в то время, как экономически допустимый коэффициент вскрыш оказывается значительно больше данного "граничного сравнительного".

Предложена формула расчёта "уточненного граничного" коэффициента вскрыши i»r' . по которому следует определять границы открытого способа разработки месторождения для обеспечения в предельной прирезке условия равенства извлекаемой из недр стоимости при открытом и подземном способах добычи.

пг'« пэ - ( п3 - Т|Г ) • Зп /Во , м3/М3 » (4)

где: вП(о) - tih • пр • йн / а« - выход концентрата из погашаемых запасов руды при подземном (открытом) способе разработки, доли ед.; Т1Н - извлечение руды иа недр, доли ед. ; т>р - извлечение полезного компонента в концентрат из

руда, дави ед.;

йн и «к - среднее содержание полезного компонента з недрах и в концентрате, соответственно, 2.

Если для компактных месторождений ключевым определяемым параметром карьера является его глубина, то для вытянутых (с относительным показателем длины е - L / М > 1, где L - длина залежи, М - ее горизонтальная мощность) месторождений необходима, как минимум, совместная оптимизация двух параметров -глубины дна карьера и длины его дна.

Исследования закономерностей изменения объемных показателей карьера (объема руды Р и вскрыли У з контурах карьера, среднего п« и контурного «к коэффициентов вскрыши, условного ныигрьааа по вскрыше V и др.) при тех или иных изменениях глубины карьера и длины его дна проводились на объёмных аналитических моделях карьера простой формы с дном в виде траншеи и месторождения простой формы в виде прямоугольного вертикально-.падающего рудного тела. Соответствующие этой модели формулы расчёта основных показателей карьера для конкретного месторождения и карьера с заданной глубиной, длиной дна и угла откоса борта были положены в основу компьютерных программ, что позволило получить зависимости изменения основных показателей при изменении:

- длины дна карьера и фиксированной глубине;

- глубины карьера и оптимизации длины дна для каждой глубины ;

- формы карьера и постоянной площади по поверхности;

- граничного коэффициенте, вскрыши при оптимальных параметрах карьеров;

- длины залежи и оптимальных параметров.

Данная модель позволила проанализировать традиционно применяемый при проектировании метод определения границ карьера, который заключается а первоначальном определении глубины карьера на поперечных разрезах при последующем выравнивании дна и оптимизации местоположения торца. Так, при определении границ г.о этому методу для выдержанной залежи размерами 100 на 1500 м глубина карьера составила 545 м при угле откоса бортов 40° и пг - 12 м3/ы3, а длина дна - 800 м.

гг

Показатели карьера при различной длине дна

Р V V Яко* пкр

м млн. м3 МЛН. м3 кии. м3 м2/м2 М3/!*3

700. 66.8 422.7 379.1 13.92 10.

750. 68.3 438.9 381.2 14.25 10.8

800. 69.8 455.2 381.9 14.78 11.6

350. 71.1 471.6 381.2 15.22 12.6

950. 72.3 488.1 379.1 15.65 13.7

Примечания: Пко* -"контурный общий" коэффициент вскрыш, взятый через отношение шгсшадей: карьера по по-• верхиости и горизонтальной проекции рудного тела;

Пир**-"контурный рабочий" - средний в прирезке с предыдущим контуром, получаемый в ходе проектирования - коэффициент вскрыши.

Как видно из таблицы, далныи "базовый" контур является оптимальным по длине дна при обеспечении предельных условий в замыкающей прирезке (пю 12 мэ/м3), однако "контурный обили" при этом существенно отличается от предельного (пко- 14.78 м2/м2 при пг » 12 м3/*3), что указывает на наличие более рационального контура.

То есть, "базовый" контур является фактически лишь частным оптимумом решения проектной задачи определения границ карьера - оптимумом при фиксированной первоначально определённой на поперечном разрезе глубине карьера. Обсий оптимум решения данной задачи находится по критерии максимума показателя экономической - эффективности карьера (выигрыша по зскрыше) при изменении глубины карьера и оптимизации местоположения торца на каждой 'глубине (рис.3,а), что дает однозначное сочетание оптимальной глубины и длины дна карьера, одним из признаков которого является соответствие контурного и граничного коэффициентов вскрыш.

Рис. 3 Кснтура карьеров: в) при оптимизации местоположения торца и

фиксированных глубинах; б) с линии соответствия »»к - «г-

Проходяцая через точку оптимума параметров линия изменения глубины карьера и длины его дна при сохранении площади карьера постоянной и обеспечении условия пк « пг (1, рис.3,6), иначе - линия соответствия пк « пг, представляет собой упоминаемое проф. А.С.Фиделевым множество решений параметров карьера, обеспечивающее условие равенства затрат при подземном и открытом способах разработки, который предложил дополнительное условие выбора границ ( Р - чах ).

Контура с этой линии являлись объектом исследований к.т.н. К.Г.Саканцева. Анализ закономерностей изменения ряда показателей карьера (рис.4) показал, что с увеличением длины дна объём руды в контуре карьера сначала возрастает, а затем снижается. Средний же коэффициент вскрыши наоборот снижается, а затем, вследствие отрицательного влияния торцов карьера, возрастает. Особенностью является то, что экстремумы этих зависимостей достигаются при различных параметрах контура карьера, что затрудняет обоснование выбора варианта контура при проектировании, т.к. выбор варианта по условию экстремума одного из этих показателей не обеспечивает экономической одноз-

начности принятого решения.

Яри использовании же в качестве критерия сравнения условного выигрыша по вскрыше появляется возможность избежать трудностей принятия решения, так как показатель М интегрирует в себя показатели Р и пс (2) и непосредственно характеризует зкснсмич-эскую эффективность открытого способа разработки. Оптимальность данного контура может быть подтверждена и при сопоставлении объёмов руды и вскрыши в прирезках » между • сравниваемыми контурами. п* - пг

Предложен метод определения границ карьера, представляющий собой алгоритмический порядок оптимизации формы карьера при совместном определении глубины карьера и длины его дна, т.е. опиравшийся на линию соответствия п* - пг и включающей в себя ряд последовательных задач:.

1. Поиск координат геометрического центра контурной прирезки рудной залежи и определение положения продольной оси карьера.

2. Определенно оптимальной формы карьера.

3. Уточнение местоположения дна, фермы и глубины карьера.

Этот метод может быть реализован в качестве . алгоритма-

подсистемы "'КОНТУР" САПР-карьер, применим для равнинных круто-падавдих месторождений и включает в себя два этапа определения границ карьера.- На первом осуществляется укрупненное определение формы карьера в привязке к конкретной модели месторождения , а на .втором - корректировка границ в зависимости от реальной топографии поверхности и расчётных углов откоса конечного борта карьера по секторам.

Проведено сравнение контуров, полученных с помощь» вышеописанного метода и традиционных методов определения границ карьеров. При этом контурный обгщч коэффициент вскрыши выету-

» Р пс

Рис. 4 Графики показателей карьеров с линии соответствия

пает в качестве показателя, характеризующего размеры карьера.

Зависимость этого показателя от длины залежи для длинных карьеров ( 1, рис.Б), полученных при оптимизации местоположения торца на первоначально определенной глубине, показызает, что с уменьшением длины залежи контурный общий коэффициент вскрыш возрастает. Это говорит о завышении параметров карьера относительно оптимальных значений (при Пко " пг)•

Зависимость контурного общего коэффициента 'вскрыши для 2, определенных аналогично на поперечных разрезах при первоначальном пересчете граничного коэффициента вскрыши в линейный граничный, показывает занижение размеров карьера.

Практическая проверка предположения о' погрешностях традиционно применяемых в практике проектирования методов определения границ карьеров осуществлена при анализе контуров карьера Корщувовского ГОКа по проекту 1982 г. на соответствие их исходным замыкающим условиям. Для этого на плане карьера на конец отработки был построен плав выходов рудного тела в зону карьера. Сравнение площадей карьера - 3.78 км2 к рудного тела 3Р - 0.435 км2 дало контурный общий коэффициент вскрыши 7.7 м£/м2 при граничном 13 Лм3.

Для определения области рационального применения предлагаемого метода определения границ карьера проведено исследование изменения параметров контура оптимизации формы карьера при изменении длины залежи. С увеличением длины залежи глубина данного контура возрастает, но никогда не достигает предельной величины, определяемой на поперечном разрезе по условию равенства линейного и граничного коэффициентов вскрыши (рис.6). То есть контур 2 , определенный по методу оптимизации формы

Рис. 5 Графики Пко карьеров, оконтуренных по методам:

1- * Пг И Пир « Яр;

2- Пк • т*1\л и Пкр " Пг. карьеров на коротких залежах

карьера, всегда эффективнее базового контура I , определяемого по традиционному методу, однако не включает в себя объёмную прирезку в центральной части карьера со средним коэффициентом вскршги меньше граничного. Данный анализ позволил сделать предположение о целесообразности для длинных залежей третьего контура 3 , более эффективного по сравнению с двумя вышеперечисленными и имеющего сложную форму торца при глубине в центральной части, соответствующей базовому контуру.

Для реализации исследовании по определению оптимальной формы торца были использованы имитационные растровые модели месторождения и карьера, позволяющие создавать объемные модели сложных рудных тел и модели карьерного пространства со сложной конфигурацией контура.

Контур со сложной формой торца для залежи размерами 3000 на 100 м (относительный показатель длины г «30) обеспечивает рост запасов руды на 4.5Х по сравнению с контуром при оптимальном сочётании глубины и длины дна карьера при среднем в прирезке коэффициенте вскрыши около 10 м3/«3 (граничный равен 12 мэ/м3). По сравнению с базовым контуром объём запасов руда снижается на 5.32 при . среднем в "прирезке" между контурами 14.75 м3/»!3.

Таким образом, метод оптимизации формы карьера при сохранении его простой формы целесообразен для коротких залежей (1,рис.7), а'метод оптимизации фермы торца при предельной глубине в центральной части необходимо применять для длинных залежей 3.

При разграничении зоны рашояальной применимости, данных подходов выделена зона, в которой еще более рациональным является промежуточный контур 2 , имеющий сложную форму торца при

Рис. б Форма торца карьера для длинных залежей

Рис. 7 Оптимальная форма карьеров для залежей различной длины

глубине меньше предельной. Нижняя граница этой зоны оценена в е » 4-6, верхняя - в е « 16-18. Более точно определить положение границ не позволили погрешности используемого математического аппарата, так как относительные погрешности расчета объемов при использовании растровых моделей стали сопоставимы с исследуемыми отклонениями показателей.

Традиционное классификационное разделение залежей на короткие, средней длины и длинные носит качественный характер и не имеет четкого обоснования границ классификационных категорий. Данное обстоятельство позволило предложить принцип выделения классификационных категорий залежей по длине, при котором в роли классификационного признака выступает рациональная для залежей данной длины форма карьера.

К коротким ваяежзм следует относить те, для которых достаточно совместное определение глубины и длины дна карьера при простой формы карьера ( а от 1 до 4-6 ), к длинным те, для которых необходимо определять форму торца при предельной глубине дна карьера в центральной его части ( е более 16-18 ), а к залежам средней длины те,которые требуют оптимизации как глубины карьера, так к формы торца ( е от 4-6 до 16-18 ).

При этом в категории коротких залежей выделяются компактные залежи 4 с е от 1 до 1.4 , для которых вследствии отрицательного влияния торцов карьера оптимальным является конусообразный контур.

Та<ая классификация позволяет ориентировать■исследователей на применение того или иного метода определения границ в зависимости от конкретной геометрии рудного тела.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационные исследования носят теоретически-прикладной характер к решают задачу развития методов определения границ карьеров на основе применения возможностей математического моделирования для анализа традиционных методов определения границ и обоснования новых.

Основные научные и практические результаты проведенных исследований состоят з следующем:

1. Предложен новый показатель карьера - условный выигрыи по вскрыше, который характеризует- общую экономическую эффективность открытого способа разработки и может использоваться з качестве критерия сравнения вариантов контуров карьера при определении границ карьера по принципу максимума получаемой при разработке месторождения прибыли.

2. Обоснован подход к расчёту граничного коэффициента вскрыши, позволявший учитывать при определении границ карьера форму и условия залегания рудного тела и заключающийся в приведении расчётной величины удельных капитальных вложений на удаление вскрышных пород к контурному коэффициенту вскрыши. Величина приведенных удельных капвложений составляет 60-90% от расчётных значений, что приводит к росту граничного коэффициента вскрыши на 5-10%.

3.- Установлена невдентичность понятий "граничного" и "экономически допустимого" коэффициентов вскрыши и предложена формула расчёта "уточненного граничного" коэффициента вскрыши, которая позволяет учесть различный уровень потерь полезного ископаемого в недрах при экономическом сравнении открытого и подземного способов разработки.

4. Разработан метод оптимизации формы карьера, опирающийся на совместное определение глубины карьера и длины его дна, который может использоваться в подсистеме "КОНТУР" САПР-карьер. Область» рационального применения этого метода являются короткие залежи.

5. Предложен метод оценки соответствия проектных контуров карьера исходным граничным условиям Проведен сопоставительный анализ результатов определения границ карьеров-предлагаемым и традиционными методами для залежей различной длины.

Установлено, что:

- для залежей средней длины традиционный метод приводит к завышению размеров карьера по площади на 10-30% ;

- для коротких залежей применение аналогичного метода оконгуриванкя, заключающийся в предварительном пересчёте граничного коэффициента вскрыши в линейный граничный, приводит к занижению параметров карьера на 10-152.

6. Обосновала целесообразность сложной формы торца карьера для длинных залежей и предложен новый принцип классификации залежей по длине.

Отдельные положения и научные результаты работы опубликованы в следующих работах.

1. Вереса А.Ф., Билин А.Ж. Перспективы развития карьера Ковдорсксго ГОКа'// Комплексное к рациональное освоение железорудных месторождений и охрана' природы : Тез. докл. - Губкин: ШИКМА, 1988. - С. 5-6.

2. Билкн А.Л. ' Обоснование перспективных границ карьера Ковдорского ГЖ& // Проблемы комплексного использования природных ресурсов Кольского полуострова : Тез. докл. - Апатиты: КЩ АН СССР, 1989. - с.9.

3. Вилия А.Л. Метод оптимизации формы к границ карьера // Шестая региональная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов по проблемам добычи и обогащения руд : Тез.докл. - Апатиты: ГоК КЩ АН СССР, 1990. - с.4-6.

4. Билин А.Л. Метод оптимизации формы карьера и уточнения его контуров /У Оптимизация горных работ и фрагменты САПР -Новосибирск: ЙГД СО АН СССР, 1990. - с.87-88.

5. Бклин А.Л., Езгоекцин О. В. О Еыборе метода моделирования месторождения // Добыча и обогащение комплексных руд -Апатиты: Гой КЩ АН СССР, 1Й81. - С.38-29.