автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Теоретические основы формирования технологии добычных работ для горизонтальных пластовых месторождений (на примере Никопольского марганцеворудного бассейна)

о ~ Г- п ^

:: л

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕЙ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР

На правах рукописи БЕЛЯКОВ Виктор Николаевич

УДК 622.271.3:553.042(021)

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПЛАСТОВЫХ НЕСТОР0?ДЕНИй (НА ПРИМЕРЕ НИКОПОЛЬСКОГО МАРГАНЦЕЗОРУДНОГО БАССЕШО

Специальность 05.15.03 - "Открытая разработка

месторождений полезных ьскопаеиых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - С992

Работа выполнена в Институте проблей природопользования и экологии АН Украины.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор АНИСТРАТОВ Ю.И.; доктор технических наук, профессор ГРАЧЕВ Ф.Г.; доктор технических наук ШИТАРЕВ В.Г.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ - Верхнеднепровсгсий горно-металлургический комбинат.

Защита состоится "1992 г. в часов

на заседании специализированного совета Д 003.20.01 в Институте проблей комплексного освоения недр РАН по адресу: 111020, г.Москва, Крсковский тупик, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке.

Автореферат разослан

«/£. " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного с! кагд.техн.наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. . Актуальность работы. Основной целью производства горных работ является извлечение из недр полезного ископаеиого для его дальнейшей переработки и использования. Однако прежде необходимо обеспечить доступ к залежи полезного ископаеиого. При открытой разработке- месторождений это осуществляется двумя ярко выраженными и имеющими определенную самостоятельность технологическими комплексами вскрышных и добычных работ. Длительное время основное внимание ученых и производственников было сосредоточено на совершенствовании технологии вскрыпных работ в связи с тем, что ее удельный вес в себестоимости добычи полезных ископаемых наиболее значителен, она иожет быть более гибкой и разнообразной, чем технология добычных работ. Особенно ярко это проявляется при разработке горизонтальных пластовых месторождений, характеризующихся большим коэффициентом вскрыши.

Добычные работы характеризуются меньшим разнообразием, т.к. параметры технологических схем, в основной, диктуются конфигурацией и размерами залежи, все полезное ископаемое обязательно должно быть вынуто и отгружено в средства транспорта, которыми оно должно быть доставлено в строго определенное место для его дальнейшей переработки. Вместе о тем, добычные работы являются основным звеном горных работ, т.к. предшествующие им вскрышные работы лишь средство для обеспечения доступа к залежи полезного ископаеиого и, следовательно, носят подчиненный характер. Технология добычных работ оказывает существенное влияние на эффективность горных работ в целом, как через технико-экономические показатели самой технологии, так и через количество и качество извлеченного полезного ископаеиого. Наиболее существенно влияние показателей • извлечения проявляется при разработке месторождений с большим коэффициентом вскрыпи, где значительные затраты на погашение вскрышных работ приходятся на единицу конечной продукции, количество и ценность которой зависят от уровня показателей извлечения полезного ископаемого, достигнутых в процессе производства добычных работ.

Следовательно, системное изучение, исследование параметров и разработка практических •рекомендаций по совершенствованию технологии добычных работ на карьерах является актуальной задачей горной науки и практики.

3 основу диссертации положены результаты, полученные авто-

рои в 1975-1989 г.г. в процессе исследования новых способов, технологии, средств и структур комплексной механизации добычных работ, которые занимают важное иесто в планах научно-исследовательских работ ОППРЭ ИТМ АН УССР.

Целър работы является исследование, систематизация и развит тие теоретических основ формированы технологии добычных работ при эксплуатации горизонтальных пластовых месторождений, обеспечивающих повышение полноты и качества извлечения полезных ископаемых на основе изучения влияния геологических, технологических и технических факторов.на показатели использования недр.

Идея работы заключается в целенаправленном использовании возможности управления полнотой и качеством извлечения за счет изменения положения и формы технологической поверхности разделения полезного ископаемого и пород путем выбора рациональной технологии, средств и структур комплексной механизации добычных работ.

Автором защищается следующие основные научные положения:

1. Управление полнотой и качеством извлечения полезных ископаемых из недр осуществляется за счет изменения положения и формы технологичёской поверхности разделения полезного ископаемого

и породы, которые зависят от применяемых технологии, структур и средств комплексной иеханизации добычных работ.

Положение технологической поверхности определяется принятыми набором и последовательностью выполнения технологических операций, в зависимости от которых будет осуществляться валовая, селективная или неполная выемка полезного ископаемого. Форма технологической поверхности зависит от типа применяемого оборудования, размеров и формы режущей кройки его рабочего органа.

2. Классификация технологических схем добычных работ, в основу которой положены признаки: "тип добычного забоя", "способ отдаления полезного ископаемого от массива" и "положение технологической поверхности относительно контактов полезного ископаемого с породами", создает условия для их предварительного выбора и укрупненной оценки. При этом первые два признака позволяет оценить технологические схемы по конструкции и технико-экономич,ес:сим показателям, а степень совпадения технологической поверхности с контактами является интегральным показателем оценки влияния технологии на полноту и качество извлечения полезного ископаемого.

3. Область эффективного применения технологий добычных работ определяется рациональны« соотношением ценности запасов полезного

ископаемого и сквозного коэффициента их"извлечения. Высокая ценность запасов предопределяет применение технологий, обеспечивающих большее совпадение технологической поверхности с контактами залеки и вмещающих пород по полонению и форме, а при незначительной ценности запасов возможно применение технологий с валовой или неполной выемкой полезного ископаемого.

4. При высокой ценности и дефицитности сырья совершенствование добычных работ наряду с традиционными направлениями, включающими выбор рациональных технологий, структур и средств их комплексной механизации, должно осуществляться путем разработки и включения в технологию нетрадиционных операций, основанных на использовании различия свойств полезных ископаемых и змещаэдих пород либо направленных на усугубление различия этих свойств.

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные автором в диссертации, обоснованы:

принятыми теоретическими предпосылками, базиругзимися на фундаментальных положениях теории и практики открытых горных работ;

проведением измерений и экспериментов в натурных условиях карьеров, статистической обработкой представительного количества данных и оценкой степени точности полученных результатов;

экономическими расчетами и экономико-математичееккм моделирование« взаимосвязи технологических параметров с корректным использованием известных методов и закономерностей;

опытно-промыаленной проверкой преллон-знных рекомендации з конкретных горно-геологических условиях карьеров Украины, сопоставимостью результатов теоретических исследований, промышленных экспериментов и предпроектных проработок.

Научная новизна. В диссертации развиты и систематизированы теоретические Основы технологий добычи при открытой разработке горизонтальных пластовых месторождений, отличающиеся комплексной системой взаимосвязи исходных горно-технических условий, технологических схем, закономерностей образования потерь и разубожива-ния, а такке локазгтелей эффективности горного производства с учетом полноты и качества извлечения полезного ископаемого.

Разработана методика исследования параметров изменчивости контактов полезного ископаемого с покрывающими и подстилающими породами. Установлены зависимости изменения показателей извлечения для горно-технических условий месторождений Никопольского

иарганцеворудного бассейна.

Обоснована классификация технологических схем добычных работ, которая, являясь методической основой для их системного изучения, создает предпосылки для укрупненной оценки схем как по технико-экономическим показателям, так и по показателям полноты использования недр,

Исследовано влияние средств механизации на потери и разубо-«ивание при эксплуатации горизонтальных пластовых месторождений и обоснованы методические принципы формирования структур комплексной механизации добычных работ.

Обоснована область.применения различных технологических схем добычных работ с учетом ценности разрабатываемых запасоч и показателей их извлечения.

Практическая значимость работы. На основе выполненных теоретических обобщений, выявленных зависимостей и разработанн^ методических подходов могут быть решены следующие практические задачи: определение параметров приконтактной зоны полезного ископаемого с вмещающими породами и установление закономерностей изменения потерь и рааубокивания с учетом горно-геологических условий залегания, технологии и применяемых средств механизации выемки;

обоснование и разработка нормативных документов по определении, учету и нормированию показателей извлечения при разработке горизонтальных пластовых месторождений;

определение области эффективного применения технологических схем, средств и структур комплексной механизации добычных работ и разработка рекомендаций по применение наиболее рациональных технологий для выемки запасов полезного ископаемого в различных горно-технических условиях;

определение показателей извлечения полезного ископаемого, при зачистке контактов в оперативном репиме, что позволяет осуществлять корректировку положения технологической поверхности в процессе производства его выемки;

обоснование рациональных параметров отработки контактов пласта полезного ископаемого с пустыми породами.

Реализация рекомендаций работы:

I. На основании проведенных исследований разработаны, согласованы Госгортехнадзоуои Украины, утверждены Минчерметом УССР и введены в действие "Инструкция по определениг, учету и нормирования потерь руды при разработке марганцеворудных месторождений

Украины открытый способом" и "Инструкция по определение, учету и нормированию потерь железной руды и флюсовых известняков при разработке месторождений Керченского бассейна открытым способом".

2. Разработаны и внедрены на карьерах Иарганецкого горнообогатительного комбината нормативы показателей использования недр, паспорта добычных работ и организационно-технические мероприятия по снижению потерь и разубонивания руды. Внедрение этих рекомендаций позволило получить фактический экономический эффект около 850 тыс.руб.

3. Разработана и внедрена на Басанском и Грушевском карьерах МГОКа технология выемки руды под торцовыми бортами карьеров с.использованием шагающих экскаваторов. Внедрение технологии позволило получить фактический экономический эффект в размере около 900 тыс.руб.

4. Рекомендации по селективному извлечению марганцевых руд использованы Институтом минеральных ресурсов Мингео СССР при разработке "Технико-экономического обоснования добычи пероксидних руд в Никопольском бассейне".

Апробация работы. Содержание работы и ее отдельные положения докладывались на технических советах Марганецкого ГОКа, института ВИОГЕМ, Ордконикидзевского ГОКа, Керченского JPK; на совещаниях при главном маркшейдере Минчермета УССР, в Украинском республиканском Комитете Госгортехнадзора Сг.г. Марганец, Орджоникидзе, Белгород, Керчь, Днепропетровск, Киев - 1977-1982 г.г.), на Украинских республиканских семинарах "Рациональное использование недр карьеров ГОКов" (г.Киев - 1977 г.) и ^Повышение эффективности работы карьеров ГОКов йинчермета УССР" (г.Киев - 1978 г.), на всесоюзном семинаре "Проблемы повышения эффективности работы карьеров Севера" (г.Якутск - 1988 г.), на Всесоюзном совещании "Малоотходные и ресурсосберегающие технологии открытой разработки месторождений (Мельииковские чтения)" (г.Днепропетровск - 1988 г.), на научных семинарах Института проблем комплексного освоения недр АН СССР (г.Москва - 1981 г.), Института геотехнической механики АН УССР (г.Днепропетровск - 1978-1985 г.г.), Отделения проблем природопользования и региональной экономики КТМ АН УССР (г.Днепропетровск - I9ö9 г.).

Результаты внедрения рекомендаций диссертационной работы экспонировались на ВДНХ СССР. Они вошли составной частью в "Комплекс работ по охране окружающей среды при открытой добыче марганцевых

руд на предприятиях Цинчермета УССР", которые удостоены третьей прении в конкурсе ¡¡кнчераета СССР на лучшее предложение, направленное на защиту окруьаидей среды в черной металлургии.

Работы по рациональному использовании недр на марганцево-рудннх карьерах, выполненные автором в содружестве с молодыми специалиста!«; Марганецкого ГОКа, удостоены премии ЦК ЛКСЬ! Украины и Украинского республиканского совета НТО иолодым ученый за лучшув работу в области науки и техники.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 29 научных работах, в т.ч. монографии по теме диссертации, а новизна решений защищена 2 авторскими свидетельствами.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и прилоаений, изложенных на 400 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунка, 24 таблицы, список литературы из 186 наименований к б приложений.

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ПРОЦЕССОВ дОБЫЧНЫХ РАБОТ

НА КАРЬЕРАХ

Важнейшей проблемой развития горнодобывающей промышленности является рациональное освоение месторождений, что обусловлено высоки» фактический уровней количественных и качественных потерь полезных ископаемых. В значительной мере это объясняется, с одной стороны, вовлечением в разработку месторождений со сложными горногеологическими условиями залегания и, с другой стороны, применением высокопроизводительной современной техники и технологии добычи, обеспечивавших сравнительно низкую ее себестоимость при высоких потерях, что не соответствует требованиям более полного извлечения полезных ископаемых при разработке месторождений.'Так, на действующих карьерах диапазон величин потерь и разубоживания имеет весьма широкие пределы в зависимости от горно-технических условий разработки, применяемой технологии и техники. Потери составляют от 2,0 % (карьеры Камыш-Бурунского железорудного комбината) до 50 % (отдельные угольные пласты на разрезах п/о "Александрияуголь"). Разубоживание находится в пределах от 0,6 % (Камыш-Бурунский железорудный комбинат) до 40 % (отдельные участки месторождения, эксплуатируемые Иршинским горно-металлургическим комбинатом).

Большой вклад в решение проблем совершенствования техники и

технологии добычных работ, извлечения полезных ископаемых при разработке месторождений внесли академики Агоиков Н.И., Мельников Н.В., Ржевский В.В., Трубецкой К.Н., чл.-корр. АН Кирг. Сени cos Т.д., доктора технических н&ук Анистратов D.H., ьарэнов Е.Г., Беляков D.H., Боголюбов Б,П., Винницкий Е.Е., Грачев З.Г., Зурков П.Э., Ломоносов Г.Г., Новожилов М.Г., Панфилов Е.И., Пев-знер М.Е., Сиикин Б.А., Тартаковский E.H., Томаков П.И., Напарь Ь.Г., Шешко E.'i., Шитарев З.Г., Счатоа Б.П., кандидаты технических наук Бондарь. С.А., Дранников С.А., Рыбаков Б.Н., Сиренко З.Н., Тангаев И.А. и др. Выполненные научные исследования, связанные с совершенствованием техники и технологии добычи, были направлены как на решение проблем повышения эффективности горных работ путем совершенствования параметров технологии, выбора эффективного режима горных работ, систем транспортных коммуникаций, снижения ие-таллоегкости и геометрических параметров оборудования при одновременном повышении его .производительности, снижения энергоемкости процессов и т.д., так и на решение проблем поллого и качественного извлечения полезных ископаемых из недр. По этим направлениям выполнено значительное количество работ, которые позволили получить новые знания в этой области горной науки и прогресс в практике разработки месторождений, вместе с тем, анализ литературы по вопросам совершенствования технологии добычных работ на карьерах свидетельствует, что еще недостаточно исследованы технологические схемы как совокупность объектов. Нет классификации, которая могла бы служить методической основой для их системного изучения и совершенствования, позволяла бы осуществлять их укрупненную оценку и ориентировала на создание новых схем, обеспечивающих рациональное использование недр. Требуют совершенствования методы определения потерь и рэзубоживания полезных ископаемых применительно к горно-техническим условиям горизонтальных месторождений с мягкими породами.

Бели для условий разработки взорванных скальных рудных блоков, в т.ч. и с.-'ожноструктурных, механизм образования потерь и разубожива.-ия достаточно полно исследован в работах ч-..-корр. АН Кирг. ГЛ.Секисова, д-ра техн.наук Е.Г.Баранова, канд.техн.наук И.А.Тангаева и др., то для условий разр-.ботки горизонтальных пластовых "есторождений этот механизм исследован недостаточно. Не обоснован! з достаточной мере пути соверпнствования технологий, отдельных процессов 'л средств иеханчзаци;. добычных работ, направленные нз ПО '1 '1ение лолноты и качзс.'ва измеч'зн:;я полезных ископа-

емых.

Вместе с тем, месторождения полезных ископаемых подобного типа играют весьма существенную роль в балансе минеральных ресурсов страны. Так, только на территории Украины в настоящее время разрабатывается пять крупных бассейнов, характеризующихся горизонтальным залеганием пластов полезного ископаемого. Это крупнейшие в мире Никопольский марганцеворудный бассейн и Малышевская группа месторождений сырья цветных и редкоземельных металлов, Днепровский буроугольный бассейн, Иршинское месторождение редкоземельных металлов, Керченское месторождение железных руд. Разработка этих месторождений осуществляется шестью горнообогатительными комбинатами и производственными объединениями, в состав которых входят более двух десятков крупных современных карьеров. Анализ -проектов и практики производства добычных работ на карьерах свидетельствует о том, что в проектах разработки показатели извлечения полезных ископаемых, а также технологии и средства механизации добычных работ приняты без достаточного обоснования, в результате чего имеют место значительные потери и разубоживание.

В связи с вышеизложенным в диссертации предусматривается решение слздушцих основных 'задач:

1. Исследовать виды, механизм образования и закономерности изменения эксплуатационных- потерь и разубоживания при разработке пластовых горизонтальных месторождений.

2. Выполнить анализ технологий добычных работ и разработать их классификацию.

3. Исследовать влияние технологий добычных работ на полноту и качество извлечения полезных ископаемых. Обосновать пути снижения потерь и разубоживания.

4. Исследовать взаимосвязь показателей извлечения и предельно допустимых затрат на технологию добычи. Обосновать рациональные технологические схемы выемки запасов в различных горно-технических условиях.

5. Определить.область эффективного применения рекомендаций. Исследог.лть влияние уровня потерь и разубоживания на основные параметры горных работ и состояние окружающей среды.

Для решения поставленных в работе задач применен комплекс-современных методов научных исследований, включающий метод классификации, аналитический, эксьериаентальных.исследований в произ-эд-ствеяных условиях, а также технико-э/ономического анализа.

Объектом исследований яеляются технологии и структуры комп-

лексной механизации добычи полезных ископаемых, применяемые при разработке горизонтальных пластовых месторождений, сложенных мягкими горными породами. В качестве полигона для проведения натурных замеров, отработки предложенных методик, экспериментальной проверки результатов и примеров реализации рекомендаций приняты карьеры Никопольского марганцеворудного бассейна.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕ!1

ПРОИЗВОДСТВА ДОБЫЧНЫХ РАБОТ

На эффективность разработки месторождений оказывает влияние как собственно технико-экономические показатели технологии добычных работ, так и полнота и качество извлечения полезного ископаемого. Причем, влияние последних на эффективность разработки должно резко возрастать с введением плат за использование различного рода ресурсов и, в т.ч. природных ресурсов, повреждение окружающей среды, так как от показателей извлечения в значительной мере зависит количество и качество конечной продукции горного производства. Это предопределило необходимость выполнения комплекса исследований по оценке технологических схем производства добычных работ с учетом их влияния на уровень потерь и разубоживание полезных ископаемых.

В качестве основы для выполнения таких исследований необходимо иметь полное представление о горно-геологических особенностях залегания тел полезных ископаемых, а также видах потерь и раэубо-живания. Кроме того, учитывая большое разнообразие технологических схем добычных -работ, необходимо классифицировать их по каким-либо признакам, что обеспечит системный подход к их исследованию.

При изучении видов потерь и разубояивания в основу исследований положена действующая в официальных документах классификация видов потерь твердых полезных ископаемых, разработанная под руководством академика М.И.Агошкова.

При разработке горизонтальных пластовых месторождений среди эксплуатационных видов потерь и разубоживлния наибольший удельный вес Сдо 90 %) имеют потери и разубоживание в кровле и почве пласта полезного ископаемого.

Эксплуатационные потери и разубоживание зависят от технологии ведения добычных работ и возникают вследствие несовпадения естественных контуров тела залежи и контуров его выемки. Следовательно, для получения четкого представления о механизме образова-

ния потерь и разубоживания необходимо было исследовать как форму естественных контактов полезного ископаемого с вмещающими породами, так и форму технологических поверхностей и их пространственное положение при выемке полезного ископаемого с применением различных технологических схем и средств механизации добычных работ.

Для изучения формы, размеров и пространственного положения естественных контактов залежи с вмещающими породами разработана методика натурных измерений и их математического описания. В соответствии с этой методикой выполнены наблюдения и замеры параметров изменчивости контактов на ряде горизонтальных месторождений, которые показали, что контакты пласта с покрывающими и подстилающими породами имеют форму случайных колебаний, какая-либо их периодичность не наблюдается.

Современные машины, применяемые на открытых разработках, не позволяют в точности повторить форму контакта при селективном извлечении, а разделяют полезное ископаемое и пустую породу по какой-то другой технологической поверхности. В результате такого несовпадения образуются потери и разубоживание. Количество потерянного полезного ископаемого и вовлеченных в добычу пустых пород зависит от взаимного положения поверхности контакта и технологической поверхности. На рис. I в разрезе показана схема отработки контакта с покрывающими породами. Линией 1-2 показана технологическая поверхность. Часть приконтактной зоны, представляющая полезное ископаемое и расположённая выше технологической поверхности, характеризует его потери, а породная часть приконтактной зоны, расположенная ниже технологической поверхности - разубоживание.

Изменяя положение технологической поверхности относительно поверхности контакта, можно управлять величиной потерь и разубо-живания. 1,яя определения значений потерь и разубоживания в диссертационной работе предложены аналитические зависимости, в основу которых положен подсчет площадей участков приконтактной зоны, характеризующих потери и разубоживание полезного ископаемого. Эти зависимости имеют вид.,. . . т

(I)

т

о

где ^(х) - функция, описывающая форму контакта; Т- протяженность описываемого контакта-, и; Грс) - функция, частный значениям которой присваиваются значения функции f(x) , (если прн данном аргументе ^(х) < НТ ) я значения ПТ (если

ИТ< К'Х) ); Ь - мощность принонтактной зоны, и; X - коэффициент зачистки контакта (представляет собой отношение высоты зачистки к мощности приконтактной зоны и изменяется в пределах от О до I). Потери и разубоживание при отработке контактов с подстилающими породами могут быть определены по этим же формулам, с той разницей, что потери рассчитываются по формуле (2), а разубоживание по формуле (I).

П О К Р ЫВЛ МЩ.И_Е ПОРОДЫ

теряемая РУД»

}* рАЗУбакмеающие породы

Рис. I. Схема отработки контакта пласта полезного ископаемого с покрывающими породами (в общем виде)

Как было отмечено выше, в условиях реальных месторождений контакты имеют форму случайных колебаний, поэтому описать их какой-либо непрерывной функцией не представляется возможным. В таких условиях было предложено представлять их в виде системы уравнений отрезков прямых, соединяющих соседние точки контакта, выбранные с учетом его формы. Тогда уравнения (I) и (2) принимают вид

м '/

О)

I: J

П"> Г Х1

П - ^ ] Е П -5 р£{х)£<х1|.

+ ) Итс(х - V(ас)с{х

%

Эти зависииости были полошены в основу программы расчета на ЭВМ средней теряемой мощности пласта полезного ископаемого и слоя прихватываемых разубоживающих пород при различных коэффициентах зачистки контактов, т.е. при изменении положения технологической поверхности.

Апробация и отработка методики осуществлялась в условиях мар-ганцеворудных карьеров Никопольского баосейна. Координаты точек, характеризующих форму контактов, замерялись в натуре на разрезе рудного пласта в рабочем борту карьера. При этом замеры производились на ряде карьеров, расположенных в различных частях месторождения, а их количество было необходимым и достаточным для получения достоверных результатов. После обработки результатов расчета с применением известных методов математической статистики получены зависимости удельных значений потерь и разубоживания на I м^ зачищенной площади от коэффициента зачистки контактов, которые имеют вид

в кровле пласта

П = 107,4 Т2 - 211,4<С + 104,2, мм (5)

В = 107,4 Т2 - 7,99Т +0,1, мм (б)

в почве пласта

П = 64,8т2 - 7,87 т +0,3, мм (7)

В = 64,8 Т2 - 120,4<Г + 53,9, мм ' (8)

На рис. 2 приведены графики этих зависимостей.

Предложенная методика и проведенные исследования механизма ■ образования потерь и разубоживания при отработке контактов пласта полезного ископаемого с покрывающими и подстилающими породами могут служить основой для дальнейшего изучения влияния на показатели извлечения технологических схем добычных работ.

Учитывая, что число технологических схем, применение которых возможно для разработки горизонтальных пластовых месторождений, достаточно велико, их необходимо классифицировать по каким-либо признакам, что обеспечит выполненным исследованиям системность и достоверность. В настоящей работе под технологией добычных работ понималась совокупность выполненных в определенной последовательности взаимосвязанных процессов горных работ, обеспечивающих извлечение из недр полезного ископаемого и погрузку его в транспортные средства с учетом рационального использования запасов. В общем

а

м

АО

л

м

Л

с3

га

¿Л-/«)

й со Гп

5

случае основние процессы технологии добычных работ и последовательность их выполнения представлены на рис. 3.

Выполнение перечисленных процессов в различных технологических схемах может иметь свои особенности. Отдельные процессы могут выполняться параллельно или быть совмещены с другими. Кроме того, может быть принята различная последовательность их выполнения, а в отдельных случаях некоторые процессы могут вообще отсутствовать. Различные варианты последовательности и особенностей выполнения процессов показаны на рис. 3 стрелками.

Таким образом, изменяя последовательность выполнения, различные сочетания перечисленных процессов и особенностей их выполнения, можно охватить все возможные технологические схемы производства добычных работ на карьерах. Исходя из особенностей технологии производства добычных работ, сформулированы двадцать характеризующих их признаков. Лея повышения объективности выбора из их числа основных классификационных признаков, в качестве критерия для сравнения принято число других

! 1 !

1

. 1 1\ \ 1 X 1 1 У

угч >1 ,2

5, Им

0,2 V це #,а т

Рис. 2.

Графики зависимости средней теряемой моиности рудного пласта, слоя разубоживающих пород от коэффициента зачистки контактов и их взаимосвязи для контактов рудного пласта с покрывающими Са; и подстиласщнин (б) породами в условиях карьеров Никопольского марганцеворудного бассейна

о

контактов, о*еспечимо*

.щяя ЦОСТУЦ

непосредственно К полезному ис-коплеиому

Рыхление

полезного

ископаемого

иг

Выенка и погрузка полезного ископаемого

э-

ш

ОграЧотка (зачисти»! контактов полезны* ис-копаеют с Бкепасщюга г.орс нами

II

1__Е

11

Зачистка ра-Чочей площадки от проЬ сыпей поле»-ного ископаемого

Погрузка а транспортные средства полезного *с-копаеиогп из Ауртов, образованных при зачистке рабочей площадки

езх» - возможные варианты последовательности выполнен** процессов

—». - возыохное совмещение процессов

Рис. 3. Последовательность выполнения основных процессов добычных работ

признаков, особенности проявления которых зависят от проявления данного признака. Выполненный сравнительный анализ совокупности признаков по этому критерии показал, что наиболее пригодными для классифицирования технологических схем добычных работ являются следующие: "тип добычного забоя", "способ отделения полезного ископаемого от массива" и "положение технологической поверхности относительно контактов залежи с вмещающими породами". Разработанная на основе этих признаков классификация технологических схем добычных работ представлена в табл. I.

Предлагаемая классификация может служить методической основой для системного изучения технологических схем добычных работ; создает предпосылки для их укрупненной оценки как по технико-экономическим показателям, так и по показателям использования недр при добыче; служит основой для конструирования технологических схем добычи и ориентирует на разработку дополнительных мероприятий и конструктивных особенностей технологии добычных работ, обеспечивающих повышение полноты и качества извлечения полезных ископаемых из недр.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУР КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ

ДОБЫЧНЫХ РАБОТ НА ПОТЕРИ И РАЗУБ01ИВАНИЕ ПОЛЕЗНОГО

ИСКОПАЕМОГО

Разработанная классификация технологических схем добычных работ позволяет осуществить их укрупненную оценку по показателям извлечения. Однако, внутри выделенных видов потери и разубожива-ние могут изменяться в довольно значительных пределах. Это изменение предопределяется различием формы самой технологической поверхности, которая, в свою очередь, зависит от применяемой структуры и средств механизации.

Для исследования влияния средств и структур комплексной механизации добычных работ на показатели извлечения необходимо было изучить форму технологической поверхности при применении различных средств механизации и, сопоставляя-ее с формой контактов залежи с вмещающими породами, исследовать механизм образования потерь и разубожгвания. Возможность применения в рамках одной технологической схемы нескольких видов средств механизации предопределила необходимость обоснования методического подхода к формированию структур комплексной механизации технологий добычных работ и оценки их влияния на показатели извлечения.

Группы

Классификация технологических схем добычных работ Упосоо отделения полезного ископаемого от массива

Таблица I

фронтальный

эч я хэ о

рС « о С-с. я п

Н о

торцовый

горизонтальная площадка

экскавацией

размывом П

вырезанием блоков Ш

выбуриванием Л

положение относительно вскрываемых контактов (>1)

см __' П о И технологической^-' поверхности^^ зиды за пределами залежи (валовая выеика) 1в в приконтакт-ной зоне (частично селективная выемка) 1п совпадает с контактом (селективная выеика) 1с в пределах залежи (неполная выемка) 1н

га €-» И о И за пределами залежи (валовая выемка) 2в ¥ 2+171с п про.г^чо

Я в го в о а В приконтакт-ной зоне (частично селективная выемка) 2п п £■►(), п2— т;г> п рр0 ->- гт'п

я о и Л ч <о совпадает с контактом (селективная выемка) 2с рр2-0 П^м/а и2->и р1-/77,'у, р2"0 и1ч),п2-0 р1-о,р2-о р1-»0,р2-0

я о о я я о в пределах залежи (неполная выемка) 2н п^-ч) ,п2-»- ii л12 р^А//? р2-0 п2 — тах р1-0,р2-0 р1-о,р2-о

Исследование формы и параметров технологической поверхности при применении различных типов оборудования осуществлялось экспериментально на действующих карьерах. При этом определялись отклонения реальной технологической поверхности от идеализированной, представленной в виде плоскости, с учетом формы и размеров режущей кромки рабочего органа выемочного оборудования и его отклонения от среднего положения в процессе отработки контактов. После совмещения на чертеже графической модели контакта и поверхности разделения полезного ископаемого и породы графоаналитически'.; методом рассчитывались средняя теряемая мощность пласта полезного ископаемого и слоя разубоживащих пород при использовании различных средств механизации. При этом было установлено, что, например, в условиях карьеров Никопольского бассейна при использовании различных средств механизации средняя теряемая мощность рудного пласта и слоя разубоживающих пород изменяется в следующих пределах: в кровле пласта - соответственно от 183 до 39 мм. и от 52 до 19 мм, в почве пласта - от 77 до 17 мм и от 119 до 15 мм. Погрешности определения этих величин находятся в пределах 5-23 %.

Для исследования влияния структур комплексной механизации добычных работ на потери и разубоживание полезного ископаемого они были систематизированы. При этом структуры подразделялись по комплексам оборудования, принятого для отработки контакта пласта полезного ископаемого о покрывающими, подстилающими породами и контакта откоса добычного уступа с отвалами. Исходя из средней теряемой мощности залежи и слоя разубоживающих пород, соответствующих применяемым средствам механизации, определены средние значения потерь и разубоживания по группам структур комплексной механизации. Поскольку значения потерь и разубоживания, определенные графоаналитическим методом по изложенной выше методике, носят условный характер, то их величины по типам оборудования определялись в относительных единицах. При этом за базовые приняты значения показателей извлечения при структуре, включающей отработку контактов залежи с покрывающими и подстилающими породами бульдозером, а с породами отвала - экскаватором типа "механическая лопата". Средние значения потерь и разубоживания определялись с учетом удельного веса их отдельных видов по формулам

zjfn , zfj j -га fn' „|

г = ——-a«t-dor ед

гп п п n w

•К V Г."

i? ^ J I j

fV=—— dK —— dn — dor, ed. Cio)

FK rn nor C*K nil nor

n»rn>' п »'л > г a ,гь - соответственно относительные значения потерь и разубоживания при отработке контактов залежи с покрывающим, подстилающими породами и контакта откоса добычного уступа с отвалами; dK, dn , dor - удельный вес видов потерь и разубо? ивания в их общем объеме, доли единшш; п. — число возможных комплектов оборудования в данном элементе систематизации.

3 соответствии с разработанной методикой оценки структур комплексной механизации добычных работ были выполнены расчеты для условий карьеров Никопольского марганцеворудного бассейна. В табл. 2 приведены значения потерь и разубоживания (в относительных единицах) для каждой группы структур. Анализ таблицы показал, что выбор структуры комплексной механизации добычных работ существенно влияет на показатели извлечения. Значения потерь руды изменяются от 1,04 до 3,63 ед., а разубоживания - от I,08 до 3,64 ед. Из анализа изменения показателей в табл. соответственно по горизонтали и вертикали видно, что при изменении комплектов оборудования при отработке контакта с покрывающими породами потери изменяются на 2,03 ед., а при отработке контакта с подстилающими породами только на. О, 56 ед. Фактические потери к разубоживание в условиях карьеров Никопольского бассейна при применении базовой структуры составили соответственно 4,0 и 1,5%. С учетом этого диапазон изменения потерь и разубоживания при применении различных структур комплексной механизации для отработки контактов с покрывающими породами составит 8,12 %, а при отработке контакта с подстилающими породами -2,24 %. Разубоживание пра тех же условиях изменяется соответственно на 0,7 ед. и на 1,84 ед., или в пересчете на абсолютные значения изменение разубокивания составит 1,08 % и 2,76 .Наилучшие показатели использования запасов предопределяет применение структур с использованием для отработки контактов вспомогательного и добычного оборудования, способного производить послойную отработку тонкими горизонтальными стружками.

Основываясь на таком подходе, были обоснованы рациональные по показателям извлечения структуры' комплексной механизации добычных иабот для карьеров Никопольского бассейна. Установлено, что наиболее блсгоприятнле значения потерь и разубокиванкя обеспечиваются притек- ие:.; структур, включающих одноковшовые погрузчики, а также бульдо:.¿pt' - па зачистке контактов с покрывающими и подстилающими

Таблица 2

Средние значения потерь и разубоживакия (в относительных единицах) по подсистемам структур комплексной механизации добычных работ

, Комплекты средств | механизации для | отработки контакта

¡ЗсКрышным оборудованием

С покрывающими породами ^скрытным и до- шскрышным и

¡бычным оборудо 'ванием

¡Аооычным ¡вспомогательным оборудова-'оборудованием ¡нием_

йспомогатель-' ■ныц обсрудо- I ванивм_

с отвалами

вскрыш добычным ;ным обору- ^бору-дова- дованием нием

¡вскрыш- ,добыч- вскрышным ныы ним ;обору- !обору- ;обору-доэа- дова- дованием 'нием нием

добычным

оборудованием

вскрыш-добыч-ным нын 'обору- 'обору-¡дова- дова-1нием нием

вскрыш-добыч-ным 'ныи обору- обору-дова- Дова-

нием

нием

Вскрышным обору-:дованием

' ЪЖ ! ЪЖ • Ы1

; 2,12 | 2,СГ7 ! 1,81

: га Вскрышным и до' § бычным оборудо-( §< ванием

с ------- -----------

I л Добычным обору-

; -з дованием

!1 :------------

! ч Вскрышным и вспо- ■ 3,12 ] 3,06

1 § могательным обо- '

о рудованием

о

н Вспомогательным

о оборудованием

I 3,13 , 3^07 I 1,99 | 1,94

- потери руды;

1.78 1,68

1,77 1,65

1,72 1,49

- разубоживание руды

2,22 3,28 2.15 3,12 2,09 3,07 1,81 3,23 1,75 3,18 1,66 2,97

£75 1.75 1,68 1,60 1,62 1,55 1,34 1.71 1,28 1,66 1.19 1,45

1,72 1,63 1.65...... 1,47 1.59 1.42 1.31 : 1.58 "1.25 Г"1.1б"" 1,53 | 1,32 1 _____

1,71 1,60 1,64 1,44 1x58 1,39 1,30 1,55 1.24 1,50 1,15 1,29

1,66 1,44 I. 59"" 1,28 Т,зГ 1,23 ¿25 1,39 1.19 1,34 ТлГ 1.13

1,27 1.09

1.24

1.04 1,08

породами. Потери руды при применении таких структур примерно в 3,2 раза меньше, чем при применении для добычи руды вскрышных шагающих экскаваторов, и в 2,7 раза меньше, чей при использовании добычных мехлопат и драглайнов. Раэубоживание соответственно мень-ие в 3,3 к 2,0 раза. Применение таких структур комплексной механизации на карьерах Марганецкого ГОКа позволило получить фактический экономический эффект около 850 тыс.рублей.

' ОБОСНОВАНИЕ ПУТЕй ПОВЫШЕНИЯ ПОЛНОТЫ И КАЧЕСТВА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОЛЕЗНЕЙ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ

В предыдущих разделах работы было установлено, что формализованной и обобщающей характеристикой влияния многочисленных факторов на механизм образования потерь и разубоживания является пространственное положение и форма технологической поверхности, по которой осуществляется разделение полезного ископаемого и пустых пород. Изменяя технологию и структуру комплексной механизации добычных работ, можно управлять величиной показателей извлечения. Выполнение этих исследований дает представление о механизме образования в факторах, определяющих полноту извлечения, и позволяет перейти к обобщению и обоснованию возможных путей улучшения показателей извлечения полезных ископаемых при добыче. Было выделено пять основных путей совершенствования добычных работ. Для удобства обращения к схеме, представленной на рис. они пронумерованы цифрами от I до 5. Пути, имеющие ноиера I, 2, 3 могут быть реализованы в рамках имеющегося опыта производства добычных работ на современных карьерах, а пути Ч и 5 - являются нетрадиционными и основываются на использовании свойств горных пород, до настоящего времени не получивших широкого использования в технологических процессах. ■ .

Основное направление реализации первого пути можно, пользуясь индексами классификации видов технологических схем (табл. I); выразить в виде следующих формул в общем случае

-— п-—с Си)

ъ

в случае, когда по техническим условиям на полезное ископаемое его разубомвание недопустимо

В-— П-<г (12)

когда полезное ископаемое обладает высокой ценности и имеется эффективные способы его обогащения

н-—П-<Г • Со)

■с

Основное направление реализации второго пути заключается в том, что выбор средств механизации добычных работ долкен осуществляться с учетом адекватности величины отклонения вертикальных отметок участков технологической поверхности размерам пряконтактноя зоны для данного типа залежя полезного ископаемого.

Рпс. Бути повышения полноты и качества извлечения полезного ископаемого

Реализация третьего пути осуществляется посредством совершенствования формы режущей кротки рабочих органов машин, применяемых на зачистке контактов полезного ископаемого с вметающими породами

гз

с учетом уменьшения разноса ее элементов в вертикальной плоскости и соизмеримости ее ширины с размерами колебаний естественного контакта пласта с покрывавшими и подстилающими породами.

Четвертый путь повышения полноты извлечения может быть реализован созданием способов определения и управления фактическим положением технологической поверхности относительно контакта, в тон числе в автоматизированных систем и средств, основанных на использовании различия свойств пород и полезного ископаемого. В качестве примера реализации этого пункта в диссертационной работе предложен способ оперативного определения потерь и разубоживания марганцевой руды и пространственного положения технологической поверхности, заключающийся в следующем. При зачистке контактов пласта с породами заверить высоту положения технологической поверхности относительно контакта не представляется возможным, так как пласт виден только сверху. Вместе с тем, на зачищенной кровле или почве рудного пласта можно видеть "пятно" руды и породы (обнажение рудных и породных участков приконтактной зоны). Установлено, что размеры этих "пятен" прямо пропорциональны объемам участков приконтактной зоны, характеризующих потери и разубоживание руды, а зная мощность прзконтактной зоны, значения потерь и разубоживания и располагая зависимостями этих показателей от коэффициента зачистки (формулы 5-8), можно определить положение технологической поверхности относительно контакта руды и породы. С этой целью были рассчитаны эмпирические■зависимости доли рудных и породных интервалов в общей протяженности выбранной прямой линии от средней теряемой мощности рудного пласта и слоя разубоживаюпшх пород. Зти зависимости имеют вид в кровле пласта

Ц- 21■ Г3М23-Г6й.+ 37 /О"3; (Й)

+ (15)

в почве пласта

1п-5И0-Х-26И0-6Н^М-№~5; (к) 367-Г\-355 Г6Ь* +1\- КГ3 (п)

Графики этих зависимостей приведены на рис. 5. На основании полученных зависимостей были разработаны номограммы для определения средней теряемой мощности рудного пласта, слоя разубоживающих пород и коэффициента зачистки контактов. Таким образом, эти показатели стало возможным определять непосредственно, пре..;:водя зачист-

/л, ¿В единиц

V 0,6 0,4

о,г

ф

ф-

1 1 1

20 -40 ии еЭинии

бо ¿о Л», к», им

0,6 0,6 0,4 0.1

ку контактов и, в случае несовпадения их с нормативными, корректировать положение технологической поверхности путем снятия стружки определенной толщины.

Как известно, •наиболее благоприятные условия отработки контактов возникают при резком различии свойств контактирующих горных пород. Эти различия могут быть применены для совершенствования технологии добычных ррбот. Кроме того, некоторые свойства; отличающие данную породу от контактирующей,при их целе-, направленном использования позволяют достичь значительного различия других свойств, которое создадут условия для повышения степени селективности извлечения полезного ископаемого. Например, если вмещающие породы подвержены уплотнению динамической нагрузкой, а полезное ископаемое - нет, то включение в технологию процесса уплотнения пород пршеонтактной зоны позволит улучшить показатели извлечения.

Пятый путь повышения полноты извлечения основывается на вклю-

_.ж.

■ V1"

20

30 Ма,««

Рис. 5. Графики зависимостей доли рудных и породных интервалов на защищенной кровле (а) и почве (б) от средней теряемой мощности рудного пласта и слоя рззубокивающих пород

чении в технологию добычи новых (нетрадиционных) процессов, базирующихся на целенаправленной использовании различия физико-механических свойств полезного ископаемого и пустых пород. Для примера его реализации в работе предложена технология разработки горизонтальной залежи, в которой полезное ископаемое обладает водоупорными свойствами, а вмещающие породы хорошо фильтруют жидкость. В этом случае в технологию добычных работ могут быть включены процессы пропитки оставленной подушки покрывающих пород раствором вяжущего вещества, а после его твердения-разделки образованной корки на блоки и их уборки (а.с. .8 926290). В этом случае контакт залежи о покрывающими породами может быть отработан по технологической поверхности, полностью совпадающей с его естественной формой.

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫЕМКИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ

ОСАДОЧНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ аЕСТОРСИДЕНИЙ

В конкретных горно-технических условиях разработки месторождений и их отдельных участков может быть принято весьма значительное число вариантов технологии горных работ. Если технология производства вскрышных работ оказывает влияние на конечные экономические результаты деятельности предприятия только через затраты на ее реализацию, то технология добычных работ оказывает влияние и через показатели извлечения полезного ископаемого, поскольку от их величины зависит количество и качество произведенной продукции и ее суммарная стоимость. Следовательно, существует рациональное соотношение между затратами на подготовку запасов к выемке и показателями извле-чёния, которое и определяет выбор технологии добычных работ. Для определения этого соотношения в диссертационной работе предложена методика расчета предельно допустимого сквозного коэффициента извлечения полезного ископаемого в зависимости от затрат на подготовку запасов к выемке. Значение сквозного коэффициента извлечения предложено определять по формуле

4 + Ен БЦС

где К* , Э; - капитальные и эксплуатационные затраты на добычные работы, руб.; С - себестоимость вскрышных работ без учета амортизационных отчислений на оборудование, руб/м3; Кь- текущий коэффициент вскрыши, м3/т; К® - капитальные затраты на вскрышные работы, руб; 3«; - стоимость горнокапитальных работ, руб; 6 - балан-

,(18)

совые запасы, погашаемые в текущей году, т; Бо - запасы полезного ископаемого в пределах горного отвода, т^

По этой формуле была рассчитана зависимость сквозного коэффициента извлечения от предельно допустимых затрат на разработку месторождения в расчете на I т балансовых запасов для условий разработки. Никопольского марганцезорудного бассейна. Из графика, приведенного на рис. б/ видно, что при увеличении затрат на добычу и переработку полезного ископаемого на I руб/т, сквозной коэффициент извлечения должен быть увеличен не менее, чем на 0,03. Только при этом условии дополнительные затраты будут оправданы. При значениях затрат, характерных для карьеров Никопольского бассейна и с учетом цен на марганцеворудный концентрат, сквозной коэффициент извлечения должен быть не менее 0,38. Изложенные выше результаты исследований свидетельствуют, что такой коэффициент извлечения может быть достигнут только при применении технологических схем, предусматривающих размещение технологической поверхности в прикон-тактноя зоне. Область применения таких схем по сквозному коэффициенту извлечения обозначена на рис. б цифрой 3. При меньших затратах на разработку могут применяться схемы с неполной выемкой полезного ископаемого (с расположением технологической поверхности в пределах залежи). Зто позволяет осуществлять добычу без полного вскрытия контактов пласта с вмещающими породами, а следовательно с меньшими затратами на разработку.

Выполнение этих исследований позволило перейти к обоснованию технологических схем для различных горно-технических условий разработки запасов.

В соответствии с классификацией, разработанной в ИПКОН РАН применительно к горизонтальным пластовым месторождениям, запасы полезного ископаемого можно разделить на запасы в пределах полей разработки, запасы на границах полей и запасы в локальных участках. При современном развитии техники и технологии добычи полезных ископаемых принципиально могут быть отработаны любые запасы. Целесообразность их выенки определяется из соображения экономической эффективности. Так, если горно-геологические условия залегания неблагоприятны и разработка запасов неэффективна путем строительства полноразмерного, в современном понимании, карьера, то при меньших затратах на подготовку (например, при неполном вскрытии), они могут быть отработаны и товарная продукция реализована с прибылью.

Для определения области применения различных технологии вы-

емки выполнен анализ эффективности видов технологических схеи в зависимости от горно-технических уоловий разработки.

Рис. 6. Зависимость стоимости получаемого концентрата (I) и предельных затрат (2) на разработку (в расчете на I т погашаемых балансовых запасов) от сквозного коэффициента извлечения

Бнло установлено, что с учетом затрат на горно-подготови-телыше и вскрышные работы запасы полезного ископаемого в пределах карьерных полей могут быть эффективно отработаны только с применением схем, предусматривающих расположение технологической поверхности в пределах приконтактной зоны или полностью совпадающей с контактом. Такие технологические схемы, в соответствии с классификацией (табл. I), относятся к видам 1п2п, 1с2с, 1п2с, 1с2п. Схемы вида 1п2п в настоящее время широко применяются на карьерах, разрабатывающих горизонтальные пластовые месторождения. Схемы видов 1с2п, 1п2с и 1с2с - являются перспективными. Пути их реализации были рассмотрены выше.

В диссертационной работе исследована возможность применения и выполнена технико-экономическая оценка различных структур коып-

0,1 п 5 ау -цвиг

лексной механизации технологических схем вида 1п2п в горно-технических условиях Никопольского бассейна. Их сравнение осуществлялось по показателе эффективности, который рассчитывался по формуле

ЭМС?(К,+Ен) |Г1

-g-+Ов , рус, CI9)

где -'затраты на горноподготовительные и вскрышные работы в расчете на* I т балансовых запасов, руб/т. Анализ результатов расчетов свидетельствует, что технология добычных работ в значительной мере влияет на общую эффективность разработки. В горно-технических условиях карьеров. Никопольского бассейна наиболее высоную эффективность позволяют получить технологии добычных работ с применением одноковшовых погрузчиков и бульдозеров, применяемых для зачистки контактов пласта с вмещающими породами.

Обоснована возможность вовлечения в разработку запасов, расположенных под торцовыми бортами карьеров. Их эксплуатация может быть эффективной при условии отсутствия необходимости производства полного цикла вскрышных работ, т.е. без разноса бортов карьера. Применимые в этом случае технологии относятся к видам 1н2н или 1п2п. Неполная выемка полезного ископаемого может быть осуществлена бурошнековым способом. Кроне того, может быть применен предложенный проф. А.Г.Шапарем способ, который базируется на идее кратковременной подработки борта карьера экскавационным оборудованием на небольшом участке без нарушения общей его устойчивости, выемки на этом участке полезного ископаемого и последующей компенсации ослабления борта пригрузкой вскрышными породами. 3 диссертационной работе исследованы некоторые закономерности изменения параметров и разработаны технологические схемы реализации этого способа, а также выполнено его технико-экономическое сравнение с бурошнеко-вой выемкой с учетом показателей извлечения полезного ископаемого. Анализ полученных результатов свидетельствует, что, несмотря на меньшее количество вовлекаемых в добычу запасов, технология добычных работ с временным ослаблением участка торцового борта за счет его подработки, является более эффективной. Это достигается за счет высокого сквозного коэффициента извлечения запасов в результате их выемки с размещением технологической поверхности в пределах приконтактноя зоны. Технология выемки руды под торцовыми бортами карьера с использованием вскрышного шагающего экскаватора была внедрена на Басанскои и Грушевском карьерах Чарганецкого ГОКа. Внедрение подтвердило эффективность предложенно.; технологии. 5ак-

тический экономический эффект составил около 900,0 тыс.рублей.

Разработка запасов в локальных участках зелени, не имеющих границ с горными работами, по обычной технологии неэффективна из-за их малых размеров. Вовлечение их в разработку может быть осуществлено при минимальных объемах производства работ по вскрытию пласта, например, только с его торца. В этом случае возможные технологические схемы будут принадлежать к виду 1н2н. Для отработки локальных участков месторождения может быть применен бурошне-ковый способ выемки пласта полезного ископаемого. Такая технология в соответствии с классификацией имеет обозначение Т1У1Н2Н. При этом разрезная траншея проходится на всю длину участка или может быть короче на величину 1ыбуриваемой скважины (рис. 7 а,б). Для обоснования применяемости такой технологии в работе выполнена оценка ее-эффективности с учетом показателей извлечения полезного ископаемого, установлены закономерности изменения ряда ее параметров и область аффективного применения, в т.ч. по запасам в пределах локального участка залежи и его размерам, а также осуществлено сравнение вариантов строительства разрезной траншеи. Для примера на рис. 8 приведены графики зависимостей эффективности разработки от количества запасов в пределах локального участка при его различной протяженности и глубине•залегания пласта.полезного ископаемого. Анализ результатов выполненных расчетов свидетельствует, что несмотря на оольший объем горнокапитальных работ при проведении разрезной траншеи на всю длину участка, схема, изображенная на рис. 7 а более эффективна. Это объясняется извлечением большего количества запасов, т.к. при применении схемы "б" значительное их количество теряется при выбуривании на криволинейных участках бортов траншеи.

Для оценки области практического применения различных технологических схем добычных работ в диссертации выполнен анализ состояния и перспектив освоения запасов Никопольского марганцеворуд-ного бассейна. Результаты анализа свидетельствуют о сокращении количества легкообогатиных окисных руд и необходимости постепенного перехода на разработку карбонатных и смешанных руд, характеризующихся более низким качеством. Вместе с.тем, в оставленных примыкающих к карьерным полям и локальных участках месторождения сосредоточено более 80 илн.т марганцевой руды, около 30 % которой составляют окксные разновидности, что свидетельствует о возможности расширения сырьевой базы при создании и-внедрении эффективных технологий разработки таких участков.

£

Рис. 7. Технологические схемы отработки локальных участков • (ТГУ1Н2Н):

I - граница локального участка; 2 - разоезная траншея;

5 - выездная траниея; 4 - бурошяековая установка;

5— автосамосвял; б'- склаяины

ОБОСНОВАНИЕ УСЛОЗйй И ЗМЕСГйВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕКОМЕНДАЦИЙ, " ОБЕСП ЕЧИ ЗАТЯГ. ИХ ПОВЫШЕНИЕ ПСШНОТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗАПАСОВ

В это!.-, разделе работы приведены сведения об области применения и использовании полученных результатов, исследовано влияние уровня потерь и разубог.ивания при разработке горизонтальных пластовых месторождений на основнн? параметры горных работ.

3 процессе выполненных исследований разработаны методики оценки и установления ряда параметров залегания полезных ископаемых, технологий, средств и структур механизации добычных работ. Нечото-' рые из них доведены до уронил инженерных методик расчета, др; >"ие представляют собой обоснованно методических подходе^. Анализ позволил выделить и сформулировать пятнадцать самостоятельных результатов. Для наг-то, о из них в диссертации определена обла'- 'Ъ примене-

ния. Полученные результаты и рекомендации, в основном, применимы в условиях разработки горизонтальных пластовых месторождений открытым способом. Использование полученных рекомендаций при разработке нормативных документов и в предпроектных проработках, их опытно-промышленная проверка и внедрение в практику на горнодобывающих предприятиях подтверждает их достоверность и эффективность. Суммарный фактический экономический эффект от использования рекомендаций составил более 1,7 млн.руб.

В диссертации обоснована целесообразность введения платы за использование минеральных ресурсов в условиях хозяйственной и финансовой самостоятельности горнодобывагицих предприятий, которая является экономическим стимулом повышения полноты и качества извлечения полезного ископаемого. При определении конкретного размера платы необходимо учитывать ценность полезного ископаемого, особенности залегания месторождения и его разработки, а также уровень технико-экономических показателей технологии горных работ, возможной для применения в конкретных горно-технических условиях.

Рис. 8. Графики зависимости экономического эффектп при разработке локальных участков залей марганцевоГ: рудл б;рошнековым способов от их запасоя.

ЗАЯЛШЕНИЕ

В диссертационной работе осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы развития теоретических основ технологии выемки полезных ископаемых, обеспечивагщей повышение полноты и качества извлечения при разработке горизонтальных пластовых месторождений открытым способом. Научные основы технологии включают комплексную систему взаимосвязи исходных горно-технических условий залегания месторождений, технологических схем и структур их комплексной механизации, закономерностей образования потерь и разубоживания, а также показателей эффективности горного производства с учетом полноты и качества извлечения полезного ископаемого. Основные научные и практические результаты, полученные в процессе исследований, заключаются в следующей:

1. При формировании технологических схем выемки полезного ископаемого уровень полноты и качества извлечения предопределяется Нормой и пространственным положением технологической поверхности относительно контактов залежи с пустыми породами. Установлено, что повышение извлечения может быть достигнуто путем выбора рациональной структуры технологической схемы добычных работ, типа применяемого выемочного оборудования, размеров и формы режущей кромки рабочего органа. Области эффективного применения различных технологий выемки определяются рациональным соотношением ценности запасов полезного ископаемого и сквозного коэффициента их извлечения. При этом, возрастание ценности запасов предопределяет необходимость применения технологии, обеспечивающих большую степень совпадения технологической поверхности с контактом полезного ископаемого и пустых пород. При незначительной ценности запасов, могут применяться технологии с валовой или неполной выеикой полезного ископаемого. Влияние различных типов выемочного оборудования на показатели извлечения заключается в изменении формы технологической поверхности. Так, например, в горно-технических условиях карьеров Никопольского марганцеворудного бассейна при использовании различных типов оборудования средняя терпэмая мощность рудного пласта и слоя разубохи-вающих пород изменяется в пределах: в кровле пласта - соответственно от 193 до 39 мм и от 52 до 19 им, в почве пласта от 77 до 17 ми и от 119 до 16 им.

2. Предложенная классификация технологических схем добычных работ по типу добычного забоя, способу отделения полезного ископаемого от массива и положению технологической поверхности относи-

тельно контактов полезного ископаемого с породаии является методической основой для системного изучения технологических схем добычи и создает предпосылки для их укрупненной оценки как по технико-экономический показателям, так и по показателям полноты использования недр при добыче; слупит основой для формирования технологических схем добычи и ориентирует на разработку мероприятий и конструктивных особенностей, обеспечивающих повышение полноты и качества извлечения полезных ископаемых из недр.

3. Разработан способ оперативного определения положения технологической поверхности относительно контактов полезного ископаемого с породами, основанный на использовании взаимосвязи объемов участков приконтактной зоны, характеризующих потери и разубожива-ние, и размеров их проекций на поверхность разделения полезного ископаемого и породы при отработке контактов. Высокая оперативность предложенного способа позволяет определять потери и разубог-ивание

в процессе отработки контактов и, в случае необходимости, корректировать положение технологической поверхности, т.е. управлять уровнем показателей извлечения.

4. Разработаны методики натурных замеров и расчетов, позволяющие установить параметры изменчивости контактов и закономерности изменения потерь и разубоживания полезных ископаемых при разработке горизонтальных пластовых месторождений. Установлены фактические значения параметров изменчивости контактов и закономерности изменения потерь и разубоживания для условий Никопольокого бассейна. Разработанные методики являются основой для создания нормативных документов, регламентирующих определение, учет и нормирование потерь полезных ископаемых при эксплуатации горизонтальных пластовых месторождений.

5. Обоснованы рациональные технологии ведения добычных работ в различных горно-технических условиях: При выемке полезного ископаемого в пределах карьерных полей, под торцовыми бортами карьеров и при разработке локальных ограниченных участков залежи. Получены конкретные закономерности изменения параметров этих технологий в условиях разработки месторождений Никопольского бассейна.

6. Обоснованность и эффективность полученных рекомендаций подтверждена их использованием в нормативных документах, регламентирующих определение, учет и нормирование показателей извлечения полезных ископаемых, в практике производства добычных работ на карьерах и предпроектных прог#ботках. На основании полученных реко-мендацкГ; разработаны:

а) "Инструкция по определении, учету и нормированию потерь руды при разработке марганцеворудных месторождений Украины открытым способом" и "Инструкция по определенно, учету и нормирование потерь железной руды, и йлвсовых известняков при разработке месторождений Керченского бассейна открытым способом". Эти нормативные документы согласованы Госгортехнадзором УССР, утверждены Минчер-метом УССР и эффективно используются на карьерах;

б) нормативы показателей использования недр, паспорта добычных работ и организационно-технические мероприятия -ло снижению потерь и разубоживания руды. Внедрение этих рекомендаций на карьерах Марганецкого ГОКа позволило получить Фактический экономический эффект в размере более оОО,0 тыс.рублей;

в) технология выемки руды под торцовыми бортами карьзроэ с использованием шагающих экскаваторов. Внедрение этой технологии на Басанском и Грушевском карьерах !.1Г0Ка позволило получить фактический экономический эффект в размере около 900,0 тис.рублей;

г) рекомендации по селективному извлечению марганцевых руд использованы Институтом минеральных ресурсов Нингео СССР при раз-работе "Технико-экономического обоснования добычи пероксидных руд в Никопольском бассейне".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Беляков З.Н. Исследование влияния показателей извлечения руды на эффективность открытой разработки месторождений // Материалы конференции молодых ученых ИГТ!.! АН УССР / Ин-т геотехнической механики АН УССР. '- Днепропетровск, 1980. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ, -В 33 73-79.

2. Беляков В.Н. Выбор рациональной технологии добычных работ на марганцеворудных карьерах / Ин-т геотехнической механики АН УССР. - Днепропетровск, 1981. - 16 с. - Деп. в ВИНИТИ, ». 521081.

3. Беляков З.Н. Исследование влияния средств механизации добычных работ на показатели извлечения полезного ископаемого / Ин-т геотехническом чех.?ники АН УССР. - Днепропетровск, 1984. -

12 с. - Деп. в ВИНИТИ. 76-84.

4. Беляков З.Н. Обоснование рациональных параметров отработки контактов рудного пласта с пустыми породами при добыче марганцевой руды на карьерах Никопольского бассейна / Ин-т геотехнической механики АН УССР. - Днепропетровск, 198ч. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ, 5 77-8'+.

5. Беляков Б.Н. Влияние структур комплексной механизации добычных работ на показатели извлечения марганцевой руды // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1989. - Л 4. - С. 41-43.

6. Беляков В.Н. Обоснование путей повышения полноты и качества извлечения полезных ископаемых при добыче. - Днепропетровск, 1990. - 20 с. - /Препринт/ ОППРЗ ИТМ АН УССР/.

7. Шапарь А.Г., Беляков В.Н. Повышение полноты выемки полезных ископаемых на карьерах. - Киев: Наук.думка, 1991, 220 с.

8. Анализ современного состояния потерь и разубсживания марганцевой руда яа карьерах Никопольского бассейна / Б.Н.Тартаковский, В.Н.Беляков, П.И.Кулак, И.А.Барнаш // В сб.: Марганец. - Тбилиси: ГрузНИИНТК, 1977, Я 3(56). - С. 3-12.

9. Тартаковский Б.Н., Беляков В.Н. Классификация потерь и разубо-«иаания марганцевой руды при открытой разработке месторождений Никопольского бассейна / Ин-т геотехнической механики АН УССР.- Днепропетровск, 1977. •• 14 о. в т.ч. 2 табл. - Деп. в ВИНИТИ, .8 999-77.

10. Тартаковский Б.Н., Беляков В.Н. Взаимосвязь потерь и разубояи-вания полезных ископаемых при разработке открытым способом горизонтальных и пологоэалегасших месторождений / Ин-т геотехнической механики АН УССР, - Днепропетровск, 1978. - К с. в т.ч. 6 рис. - Деп. в ВИНИТИ, 8 2 588-77.

11. Инструкция по определению, учету и нормированию потерь руды при разработке марганцевых месторождений Украины открытым способом / Б.Н.Тартаковский, В.Н.Беляков, М.А.Попов и др. - Днепропетровск: Облполиграфиздат, 1978. - 64 с.

12. Тартаковский Б.Н., Беляков В.Н. Методике Определения потерь и разубоживания полезного ископаемого на контактах с покрывающими и подстилающими породами при разработке горизонтальных и пологозалегающих месторождений // Механика и технология открытых горных работ. - Киев: Наук.думка, 1978. - С. 218-223.

13. Тартаковский Б.Н., Беляков В.Н. Разработка инструкции по определению, учету и нормированию потерь руды при разработке марганцевых месторождений Украины открытым способом // Проблемы повышения эффективности открытой разработки месторождений. -Киев: Наук.думка, 1979. - С. 35-40.

14. Комплексное усовершенствование горных работ на Грушевской карьере Ыарганецкого ГОКа / Б.Н.Тартаковский, А.Г.Шапарь, В<Н. Беляков и др. - Днепропетровск, 1980. - 4 с. - (Проспект макета на ВДНХ СССР).

15. Методические рекомендации по определенно потерь марганцевой руды на карьерах Усрзины прямым методом и улучшение использования недр / Б.Н.Тартаковский, 3.К.Беляков, А.З.Ккрнккин и др. - Кривой Рог, Г981. - 32 с. - (Препринт/ НИГРй).

16. Напарь А.Г., Беляков,З.Н. Обоснование рациональной технологии выемки марганцевой руды открытым способом // В'сб.: Марганец.-

- Тбилиси: ГрузНГЛцТИ, 1983. & 1(83). - С. 17-23. '

17. Напарь А.Г., Белякоз В.Н.,Обоснование рациональной технологии горных работ в торцах карьера. // Металлургическая и горная промышленность. - 1984. - & I. - С. 39-41.

18. Напарь А.Г., Беляков З.Н., Копач П.". Технология выемки.марганцевой руды пой торцовыми бортами карьеров // Совершенствование совместной (открыто-подземкоя) разработки рудных месторождений. Тезисы докладов республ.науч.-техн.кок?. - Кривой Рог: ХГРИ, 1984. - С. II6-II7.

19. Беляков В.Н., Кравец A.A., Пилипекко С.Г. Технология горных работ при прирезке смежных участков месторождений к карьерному поло. / Ин-т геотехп.'.чеоко,: механики АН УССР. - Днепропетровск, 1986. - 7 с. - Деп. з ВИНИТИ, S 2170-86.

20. Шапарь А.Г., Беляков З.К. Обоснование классификации технологических схем добычных работ. - Днепропетровск, 1989. - 20 с. -(Препринт / ОППРЭ ИТМ АН УССР).

21. Беляков В.Н., Емец H.A. Обоснование принципов формирования технологических схем добычных работ в различных горно-техни-. ческих условиях. - Днепропетровск, 1939. - 22 с. - (Препринт/ ОППРЭ ИТМ АН УССР).

22. Беляков З.Н., Емец H.A.,- Сизова H.A. Учет влияния региональных факторов на экономическую оценку месторождений полезных ископаемых // Пути соверкпствсвакия социально-экономического развития территорий в условиях самоуправления и самофинансирования. Тезисы докладов ко-'спекши:. - Днепропетровск, 1990. -

- С. 210-212.

23. Еапарь А.Г., Беляков З.П., Емец H.A., Еолоб J1.A. Основные принципы установления платежей за использование недр горнодобывающими предприятиями // Пути совершенствования социально-экономического развития территории в условиях самоуправления

и самофинансирования. Тезисы докл.конф. - Днепропетровск. 1990. - С. 216-218.

24. Беляков З.Н., Емец H.A. Проблемы Тормирования рациональной стратегии освоения,минеральных ресурсов в регионе // Проблемы

и опыт охраны окружасшей среды в республике. Тезисы докл. республ.науч.-техн.KOiiS. - Днепропетровск, 1991. - С. 78-79.

25. Беляков В.Н., Елец Н.А„, 1олоб Л.А. Методические аспекты определения платежей за использование недр горнодобывающими предприятиями // Экономические методы управления природопользованием: от теории к практике. Тезисы докл.республ.науч.-практкч.кокф. - Сумы, 1991. - С. 63-64.

26. Беляков В.Н., Емец H.A., Сизова H.A. Проблемы создания системы природоохранного регулирования // Проблемы рационального использования охраны и возобновления природно-ресурсного потенциала Украинской ССР. Тезисы докл.конф. - Черновцы, 1991.

27. Беляков В.Н., Емец H.A. Основные направления усиления эколого-экономической направленности республиканского законодательства о недрах // Геологс-экологические проблемы Украины. Тезисы докл.науч.-технич. семинара. - Днепропетровск, 1991.

28. A.C. 926290 СССР, ШСй3 E2IC 41/00. Способ открытой разработки месторождений с мягкими покрывавшими породами. / Б.Н.Тартаков-ский, В.Н.Беляков. - Опубл. 1982. Бпл. 2 17.

29. A.C. II98I62 СССР, ШСИ3 Е23/24. Роторный экскаватор / В.Н.Беляков, В.П.Шапарь, Э.М.Паршкин. - Опубл. 1985. Бил. JE 46.

Подписано в печать 29.04.92.Тираж. 100,заказ 409-92.2,25 п.л. Бесплатно.

Ротапринт IÜ1K0H РАН. Москва,Крюковский туп. 4