МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Ковальчук Тетяна Михайлівна

УДК 622.271.3

ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМУ ГІРНИЧИХ РОБІТ В КАР’ЄРІ

ПРИ ЗМІНЕННІ БОРТОВОГО ВМІСТУ ЗАЛІЗА В РУДІ

Спеціальність: 05.15.03 – “Відкрита розробка родовищ

корисних копалин”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Жуков Сергій Олександрович, Криворізький технічний університет, завідувач кафедри.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Завсєгдашній Валентин Олександрович, Криворізький технічний університет, завідувач кафедри;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Хільченко Микола Васильович, Криворізький економічний інститут Київського національного економічного університету, доцент кафедри.

Провідна установа - Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, кафедра відкритих гірничих робіт, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “19” грудня 2003р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 при Криворізькому технічному університеті за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м.Кривий Ріг, вул.Пушкіна,37.

Автореферат розісланий “14” листопада 2003р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, професор Г.Т.Фаустов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний стан гірничовидобувних підприємств України характеризується цілим комплексом проблем, більша частина з яких виявила себе у останні 10-15 років. Обсяги видобутку сирої руди і виробництва залізовмісткої товарної продукції на комбінатах Кривбасу на теперішній час складають 33-93% від їх проектної продуктивності, причому якість залізорудного концентрата не завжди відповідає сучасним ринковим вимогам.

Практика експлуатації родовищ , що склалася, привела до того, що в першу чергу видобувалася руда з високим вмістом заліза за рахунок обсягів менш якісної. Тому, в недалекому майбутньому може статися ситуація, коли виконання виробничих програм гірничо-збагачувальних комбінатів за якістю товарної продукції буде неможливим. Не зважаючи на значні розвідані запаси залізних руд в Україні, постає питання перегляду існуючих кондицій з метою підвищення якості і конкурентноспроможності товарної продукції комбінатів зокрема і ефективності експлуатації родовищ відкритим способом в цілому. В разі перегляду кондицій шляхом змінення величини бортового вмісту заліза в руді, виникає цілий ряд науково-практичних задач, вирішення яких пов’язане із зміною режиму гірничих робіт і параметрів системи розробки, а також границь діючих кар’єрів.

З огляду на значну заборгованість кар’єрів з розкриву і гірничо-геологічні умови розробки, що склалися, встановлення найбільш ефективного режиму гірничих робіт при зміненні бортового вмісту заліза в руді, може скорегувати й саме значення бортового вмісту. На відміну від накопиченого досвіду проектування та експлуатації кар’єрів в умовах приросту запасів, питання режиму гірничих робіт і змінення границь діючих кар’єрів внаслідок можливого збільшення бортового і тим самим середнього вмісту заліза в руді, вимагають додаткового вивчення.

Відомо, що за рахунок збільшення заліза магнітного в руді, що поступає на дробарно-збагачувальний переділ, підвищити вміст заліза в концентраті при існуючих технологіях її переробки, можливо лише в невеликих межах. Проте й цього буває досить, щоб значно збільшити прибуток від реалізації залізовмісткої товарної продукції і підвищити її конкурентноспроможність.

В зв’язку з вищевикладеним, дослідження, що спрямовані на визначення закономірностей змінення режиму гірничих робіт при зміненні величини бортового вмісту заліза в руді є актуальними і дозволяють підвищити ефективність відкритої розробки родовищ в цілому.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертацію виконано згідно з основними напрямками Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року, а також при безпосередній участі автора у виконанні держбюджетної (№ДР 0102U000729) і госпдоговірної (№ДР 01890073556) науково-дослідних робіт.

Мета роботи – визначення режиму гірничих робіт в діючих кар’єрах при зміненні величини бортового вмісту заліза в руді, що дозволяє підвищити ефективність відкритої розробки родовищ корисних копалин.

Для досягнення зазначеної мети в дисертації поставлено та вирішено наступні задачі:

- встановлено взаємозв’язок геолого-технологічних показників якості сирої руди і концентрата з урахуванням змінення умов її видобутку та переробки, що сформувалися;

- досліджено вплив змінення величини бортового вмісту на напрямок розвитку і режим гірничих робіт в кар’єрі і здійснено його економічну оцінку;

- розроблено методику визначення параметрів системи розробки при плануванні гірничих робіт для зменшення обсягів заборгованості кар’єра з розкриву;

- визначено оптимальне співвідношення обсягів видобутку якісних різновидів руд і ширину робочої площадки в кар’єрі при зміненні величини бортового вмісту;

- розроблено методику корегування границь діючих кар’єрів і визначено співвідношення обсягів видобутку руди в групі кар’єрів при зміненні кондицій на корисну копалину.

Основна ідея роботи полягає в урахуванні впливу величини бортового вмісту заліза в руді на режим гірничих робіт і параметри системи відкритої розробки.

Об’єктом дослідження є основні технологічні процеси видобутку і переробки залізної руди на гірничо-збагачувальних комбінатах.

Предметом дослідження є параметри відкритої розробки родовищ і методи планування режиму гірничих робіт.

Методи дослідження. В роботі використано методи техніко-економічного аналізу показників розробки і переробки корисних копалин; математичної статистики; аналітичний і графоаналітичний методи дослідження кар’єрних полів; методи імітаційного та економіко-математичного моделювання параметрів системи розробки і переробки руд за допомогою ЕОМ.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Режим гірничих робіт в кар’єрі залежить від величини бортового вмісту заліза в руді і впливає на її оптимальне значення, що обумовлює змінення параметрів системи розробки в залежності від гірничо-геологічних умов розробки рудовища.

2. При відробці декількох якісних різновидів руд в кар’єрі існує оптимальне співвідношення обсягів їх видобутку, при якому збільшення бортового вмісту веде до зменшення експлуатаційного коефіцієнта розкриву.

3. Підвищення кондицій до якості корисної копалини веде до зменшення границь відкритої розробки, при цьому значення середньоексплуатаційного коефіцієнта розкриву зменшується на 7-15%.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

1) встановлено вплив величини бортового вмісту заліза в руді на напрямок розвитку, режим гірничих робіт та техніко-економічні показники розробки родовища і розроблено методику визначення її оптимального значення;

2) запропоновано методику планування гірничих робіт в умовах заборгованості кар’єра з розкриву;

3) розроблено методику визначення оптимального співвідношення обсягів видобутку якісних різновидів руд при зміненні величини бортового вмісту;

4) вперше встановлено характер впливу величини бортового вмісту заліза в руді на ширину робочої площадки і відповідний режим гірничих робіт в кар’єрі;

5) вперше встановлено взаємозв’язок границь діючих кар’єрів і кондицій на корисну копалину та характер їх сумісного впливу на режим гірничих робіт.

Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості використання теоретичних напрацювань в практику проектування і виробництва, що забезпечують:

1) встановлення напрямку розвитку і режиму гірничих робіт при складанні виробничих програм підприємств;

2) корегування величини бортового вмісту заліза в руді на певний експлуатаційний період роботи кар’єра;

3) визначення ширини робочої площадки в кар’єрі з урахуванням змінення бортового вмісту заліза в руді;

4) складання поточних та перспективних календарних планів ведення гірничих робіт з урахуванням оптимального співвідношення обсягів видобутку якісних різновидів руд в кар’єрі;

5) корегування границь діючих кар’єрів і режиму гірничих робіт при перегляді кондицій на корисну копалину.

Обгрунтованісь і вірогідність одержаних результатів досліджень підтверджуються: застосуванням в техніко-економічному аналізі представницької виборки статистичних даних; збіжністю результатів моделювання родовищ і кар’єрів, а також аналітичних розрахунків з фактичними показниками роботи гірничо-збагачувальних підприємств; наступністю розроблених методів до існуючих в практиці проектування та планування гірничих робіт; результатами впровадження у виробництво.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто визначено і сформульовано мету, ідею, задачі досліджень, а також наукову новизну і практичне значення роботи; обгрунтовано критерій оцінки режиму гірничих робіт; розроблено методику корегування величини бортового вмісту заліза в руді з урахуванням режиму гірничих робіт і визначення оптимального співвідношення обсягів видобутку якісних різновидів руд; запропоновано методику визначення ширини робочої площадки і границь діючих кар’єрів при зміненні кондицій на корисну копалину.

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доповідалися: на науково-технічній конференції “Основні напрямки розвитку гірничо-металургійного комплексу України у ХХІ сторіччі” (м. Кривий Ріг, 2001р.); на Другій всеукраїнській науково-практичній конференції “Україна наукова’ 2002” (м. Дніпропетровськ, 2002р.); на науково-технічній конференції “Проблеми розвитку Криворізького залізорудного басейну” (м. Кривий Ріг, 2002р.); на VI Міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта‘ 2003” (м. Дніпропетровськ, 2003р.); на Міжвузівській науково-методичній конференції “Соціокультурний і постіндустріальний розвиток Кривбасу” (м. Кривий Ріг, 2003 р.); на Міжнародній науково-практичній конференції “Україна наукова’2003”(м. Дніпропетровськ, 2003р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 12 наукових праць: 8 – у наукових журналах; 6 – у збірниках наукових праць; 4 – у матеріалах і тезах накових конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел з 133 найменувань, викладена на 164 сторінках машинописного тексту, з яких 26 рисунків, 32 таблиці та 3 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність обраної теми, сформульовані ідея, мета і задачі досліджень, наукова новизна і практичне значення одержаних результатів. Наведено наукові положення, що виносяться на захист, а також відомості про апробацію, публікацію та впровадження результатів досліджень.

У першому розділі зроблено аналіз сучасного стану роботи гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу. Висвітлено проблеми сировинної бази підприємств за основними процесами гірничого виробництва і заходи щодо їх усунення. Представлено основні гірничо-геологічні і технологічні показники роботи кар’єрів і збагачувальних фабрик. Так, вміст заліза магнітного в руді, що видобувається, коливається в межах 20,5-27,0%, а в концентраті 63,5- 66,4%. За останнє десятиріччя вміст заліза в концентраті в цілому по Кривбасу зменшився на 0,32%, і у порівнянні з зарубіжними країнами він поступається на 2-4%, а за вмістом кремнезему перебільшує на 4-6%.

Виконання виробничих програм підприємств як за обсягами, так і за якістю сировини ускладнюється з глибиною кар’єрів, що досягла 250-380м. Планування гірничих робіт характеризується: наявністю великої заборгованості з розкриву (близько 300 млн. м3), що дорівнює 5-7 річним планам усіх кар’єрів; значним спектром якісних різновидів руд по всьому кар’єрному полю; зміненням параметрів системи розробки і ускладненням умов експлуатації гірничо-транспортного устаткування.

Розробкою і подальшим вдосконаленням методів планування гірничих робіт в кар’єрах з метою підвищення ефективності роботи підприємств, покращення якості залізовмісткої продукції або, принаймні, її стабілізації, займалося багато провідних вчених-гірників і спеціалістів виробництва. Значний внесок в цей напрямок гірничої науки внесли: О.І. Арсентьєв, Ю.П. Астафьєв, В.Ф. Бизов, В.Г. Близнюков, Ю.Г. Вілкул, І.Л. Гуменик, А.Ю. Дриженко, С.О.Жуков, В.О. Завсєгдашній, В.А. Ковальчук, М.В. Мельников, О.М. Михайлов, М.Г. Новожилов, А.К. Поліщук, В.В. Ржевський, М.В. Хільченко, В.С. Хохряков, М.С. Четверик, А.Г. Шапар, Б.П. Юматов та інші.

За результатами аналізу сучасних досліджень в області планування розвитку і режиму гірничих робіт з урахуванням якості корисної копалини та досвіду експлуатації залізорудних кар’єрів, визначено основні напрямки наукових досліджень.

У другому розділі представлено результати досліджень з встановлення впливу величини бортового вмісту заліза в руді на напрямок розвитку і режим гірничих робіт та здійснено його економічну оцінку. Відомо, що під бортовим вмістом розуміють найменший вміст корисного компоненту в пробі, при якому вона може бути включена до контуру блоків запасів, що підраховуються. Бортовий вміст – один з найважливіших показників кондицій при оконтуренні рудних тіл. Значення бортового вмісту визначає розмір і форму покладів корисної копалини, а також середній вміст в них корисних компонентів.

Для встановлення взаємозв’язків геолого-технологічних показників видобутку і переробки сирої руди, тобто вмісту заліза в руді, виходу концентрата і вмісту заліза в концентраті, використано звітні дані діяльності гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу за останні 10 років їх роботи. Дослідженнями доведено про наявність стійких кореляційних зв’язків між цими показниками, що мають переважно квадратичний, логарифмічний та показниковий характер. Ці залежності використано при визначенні напрямку розвитку і режиму гірничих робіт як на стадії проектування, так і в процесі поточної експлуатації кар’єрів. При збільшенні величини бортового вмісту заліза збільшується і його середній вміст в руді. При визначенні напрямку розвитку і режиму гірничих робіт за коефіцієнтом гірничої маси, розраховують середньозважений за обсягами якісних різновидів руд вміст заліза і вихід концентрата у прирізках варіантів напрямку розвитку, що порівнюються. Паралельно за варіантами розраховується вміст заліза в концентраті і кількість концентрата, яку можна виробити з видобутої руди.

Доведено, що при зміненні величини бортового вмісту змінюється напрямок розвитку і режим гірничих робіт.

При збільшенні бортового вмісту руда з попереднім бортовим вмістом заліза повинна бути віднесена до розкривних порід, які в свою чергу можна складувати у окремі або селективно у діючі відвали, утворюючи тим самим техногенні родовища. На рис.1 наведено графіки залежностей накопиченої кількості концентрата від накопичених обсягів руди (а) і розкриву (б) за варіантами розвитку, що відповідають певній величині бортового вмісту.

Як видно із графіків, при однаковій кількості виробництва концентрата, обсяг видобувних робіт із збільшенням бортового вмісту зменшується, а розкривних робіт – збільшується, причому темпи приросту обсягів розкриву значно перевищують темпи зменшення обсягів видобутку. Вміст заліза в концентраті за роками експлуатації визначається методом інтерполяції між його значеннями у вузлових точках за варіантами бортового вмісту (див. рис. 1 а).

Економічну оцінку варіантам режиму, а значить і оптимальної величини бортового вмісту, здійснено за максимальною величиною прибутку від реалізації товарного концентрата з урахуванням приплат (знижок) за його якість в межах певного експлуатаційного періоду роботи кар’єра

грн, (1)

де - річна кількість виробленого концентрата, т; - базова ціна реалізації товарного концентрата, грн/т; - приплата (знижка) до ціни за змінення

якості концентрата, грн/т; - річний обсяг видобутку руди, т; - собівартість видобутку руди без витрат на розкрив, грн/т; - річний обсяг розкриву, м3; - собівартість розкриву, грн/м3; - собівартість дробарно-збагачувального переділу руди, грн/т.

Величина бортового вмісту здійснює неоднозначний вплив на складові сумарних витрат на виробництво концентрата (рис. 2). Як видно із графіків, вони набувають різної зміни в певних межах величини бортового вмісту. Починаючи приблизно із значення = 17,0 %, практично відбувається насичення витрат на видобуток і дробарно-збагачувальний переділ (криві 1 і 3 на рис. 2 відповідно), а витрати на розкрив (крива 2 на рис. 2) продовжують стійко зростати. Проте непряму оцінку оптимального значення бортового вмісту можна дати навіть за цими графіками, а остаточну – тільки з урахуванням сумарних приплат за якість концентрата. Доведено, що приріст приплат за якість по відношенню до базового варіанта зростає у 16 раз при =15,0%, а приріст по кожному наступному варіанті в порівнянні з кожним попереднім, зростає майже у два рази навіть при =1,23 грн/%.

Таким чином доведено, що напрямок розвитку і режим гірничих робіт в кар’єрі залежать від величини бортового вмісту заліза в руді, що в свою чергу впливає на її оптимальне значення, а приріст прибутку від реалізації товарного концентрата при цьому складає 3-5% в залежності від гірничо-геологічних умов розробки. Крім того, навіть при встановленому напрямку розвитку гірничих робіт і незмінних параметрах системи розробки в межах діючих програм підприємств, існує таке значення бортового вмісту, при якому кількість концентрата зменшується, а прибуток від його реалізації навіть збільшується завдяки підвищенню його якості.

У третьому розділі розроблено методику планування гірничих робіт в кар’єрі і визначення параметрів системи розробки при зміненні величини бортового вмісту заліза в руді.

Відомо, що параметри системи розробки в сучасних кар’єрах не відповідають первісним (проектним) і потребують поступової нормалізації. Під нормалізацією параметрів системи розробки розуміють приведення ширини робочої площадки до нормальних розмірів, а рудний і розкривний фронти до довжини, які б забезпечили наявність в кар’єрі нормативних запасів гірничої маси готових до виймання. Розроблена методика передбачає розділення кар’єрного поля на окремі ділянки, кількість і розміри яких обумовлюються специфічними умовами розробки. Особливості планування гірничих робіт передбачають виконання плана по концентрату з меншими обсягами руди за рахунок підвищення її якості, а устаткування, яке вивільняється на видобутку - застосовувати на розкривних горизонтах. За критерій оцінки варіантів режиму гірничих робіт за ділянками і в кар’єрі в цілому взято сумарні витрати, а цільова функція економіко-математичної моделі при умові нормалізації параметрів системи розробки має вигляд

min, (2)

де - номер ділянки (); - номер уступа зверху вниз (); - обсяг виробництва розкривних робіт, м3; - обсяг розкривних робіт на вищерозташованому уступі, м3; - обсяг видобувних робіт, т; - обсяг видобувних робіт на вищерозташованому уступі, т; - собівартість транспортування руди і розкриву, відповідно, грн/ткм; - відстань транспортування руди і розкриву, відповідно, км; , - відстань транспортування руди і розкриву з вищерозташованого уступа, відповідно, км; - щільність розкриву, т/м3.

Модель включає наступні обмеження:

1) за кількістю виробленого концентрата

т, (3)

2) за величиною експлуатаційного коефіцієнта розкриву

м3/т, (4)

3) за гірничо-технологічними можливостями

т, (5)

де - плановий обсяг виймання гірничої маси, т;

4) за транспортними можливостями

ткм, (6)

де - максимально-можлива провізна спроможність кар’єра, ткм.

Для доведення ширини площадки до мінімальних розмірів на першому етапі нормалізації, обсяги гірничої маси, що необхідно вилучити з вищерозташованого суміжного уступа, визначаються за формулою

м3, (7)

де - довжина рудного фронту, м; - висота уступа, м; - коефіцієнт відповідності ширини робочої площадки; , - мінімальна та фактична ширина робочої площадки на вищерозташованому уступі, відповідно, м.

Методика планування гірничих робіт в кар’єрі включає розроблену класифікацію схем можливих положень екскаваторної заходки на змішаних уступах до лінії приконтактної зони, які дозволяють враховувати втрати та засмічення руди і забезпечити повноту вилучення її з надр. Методику реалізовано за допомогою імітаційного моделювання і об’єктно-орієнтовної бібліотеки Turbo Vision на базі об’єктно-орієнтовної мови Тurbo Pascal 2.0.

З огляду на те, що робоча зона сучасних кар’єрів має окремі ділянки, що характеризуються різною шириною робочих площадок, довжиною фронту робіт, коефіцієнтом розкриву і якісними різновидами руд, розроблено методику визначення оптимального співвідношення їх видобутку при зміненні величини бортового вмісту. Оскільки умови за кількістю і якістю концентрата визначені, то планування режиму гірничих робіт можна здійснювати за мінімумом технологічного критерія – коефіцієнта розкриву

, (8)

де - експлуатаційний коефіцієнт розкриву для -ої ділянки , м3/т.

Методика передбачає визначення динаміки виймання руди і розкриву окремо за ділянками відробки в межах перспективного напрямку розвитку гірничих робіт. Крім цього встановлюються залежності експлуатаційного коефіцієнта розкриву від поточної глибини для кожного з можливих значень бортового вмісту заліза в руді (рис. 3). Аналіз результатів досліджень показує, що із збільшенням величини бортового вмісту, зростають значення середнього вмісту заліза і середнього коефіцієнта розкриву як за ділянками, так і в кар’єрі в цілому, але при оптимізації за критерієм (8), значення експлуатаційного коефіцієнта розкриву зменшують-ся. Це пояснюється в першу чергу тим, що для виробництва річної кількості концентрата необхідні менші обсяги руди, в першу чергу на третій, більш якісній ділянці, а також зменшенням обсягів

розкриву на цій же ділянці, які в значній мірі впливають на режим гірничих робіт в кар’єрі в цілому за значенням його коефіцієнта розкриву, як нацбільшому (крива ІІІ на рис. 3).

На рис.4 наведено графіки залежностей сумарних витрат по кожній з ділянок і кар’єру в цілому. Збільшення витрат на першій і другій ділянках та зменшення їх на третій, є прямим наслідком зміни величини експлуатаційного коефіцієнта розкриву. Остаточну оцінку режиму гірничих робіт в кар’єрі при оптимізації співвідношення обсягів видобутку руди різної якості можна зробити за величиною загальних витрат (крива ІV на рис. 4). При цьому, мінімальне значення витрат обмежується таким значенням величини бортового вмісту, при якому вже неможливо забезпечувати необхідний вміст заліза в руді, що підлягає збагаченню (перервна вертикальна лінія на рис. 4). Дана оптимізаційна задача вирішена за допомогою метода множників Лагранжа.

Регулюється режим гірничих робіт не тільки напрямком їх розвитку, але й параметрами системи розробки. Важливішим з них є ширина робочої площадки, яка враховує фізико-механічні властивості гірських порід, умови безпечної роботи устаткування

і наявність готових до виймання запасів руди. Обсяги готових до виймання запасів руди залежать від продуктивності кар’єра і при розрахунку ширини площадки не враховується їх якісний склад. Тому в роботі проведено дослідження з встановлення впливу ширини робочої площадки на режим гірничих робіт при зміненні величини бортового вмісту. Відомо, що ширина робочої площадки по руді визначається за формулою

м, (9)

де - продуктивність кар’єра по руді, м3/рік; - нормативний коефіцієнт готових до виймання запасів руди, долі од.; - довжина активного рудного фронту в кар’єрі, м; - висота рудного уступа, м.

Для того, щоб ширина робочої площадки враховувала геолого-технологічні властивості руди, що видобувається, виразимо продуктивність кар’єра по руді через вихід та кількість концентрата

м, (10)

де - щільність руди, т/м3.

Користуватися формулою (10) можливо в разі однакової якості концентрата за варіантами. Проте при зміненні величини бортового вмісту якість концентрата буде відрізнятися, а варіанти режиму, що порівнюються, запропоновано приводити у зіставлений за кількістю метала у концентраті вигляд. Тоді, враховуючи що , формула (10) набуде вигляду

м, (11)

де - коефіцієнт захвату, долі од.; - коефіцієнт вилучення, долі од.

Крім ширини робочої площадки на режим гірничих робіт впливає довжина рудного фронту, яка із збільшенням бортового вмісту зменшується. Проведені дослідження показали, що для забезпечення однакової річної кількості метала в концентраті за варіантами режиму, що порівнюються, необхідно видобувати різні обсяги руди (рис.5), а збільшення величини бортового вмісту веде до збільшення ширини робочої площадки, оптимальні значення яких співпадають. Порівняння варіантів зроблено за витратами, а одержані результати не враховують витрат на металургійний переділ. Їх врахування може змінити не тільки величину загальних витрат, але й змістити значення оптимума. В разі виникнення вимог до виробництва заданої кількості концентрата, за критерій економічної оцінки варіантів режиму доцільно брати прибуток від реалізації концентрата, що включає приплати (знижки) до ціни за змінення його якості.

Крім ширини робочої площадки на режим гірничих робіт впливає довжина рудного фронту, яка із збільшенням бортового вмісту зменшується. Проведені дослідження показали, що для забезпечення однакової річної кількості метала в концентраті за варіантами режиму, що порівнюються, необхідно видобувати різні обсяги руди (рис.5), а збільшення величини бортового вмісту веде до збільшення ширини робочої площадки, оптимальні значення яких співпадають. Порівняння варіантів зроблено за витратами, а одержані результати не враховують витрат на металургійний переділ. Їх врахування може змінити не тільки величину загальних витрат, але й змістити значення оптимума. В разі виникнення вимогдо виробництва заданої кількості концентрата, за критерій економічної оцінки варіантів режиму доцільно брати прибуток від реалізації концентрата, що включає приплати (знижки) до ціни за змінення його якості.

У четвертому розділі проведено дослідження по визначенню границь відкритої розробки і оптимізації продуктивності групи кар’єрів при зміненні кондицій на корисну копалину.

Границі кар’єрів визначаються на стадії проектування на довгостроковий період, при цьому експлуатація родовищ відкритим способом передбачається на 60 років і більше. За такий період відбуваються значні зміни не тільки у розвитку техніки і технології ведення гірничих робіт та вимогах суспільства до якості життя, але й у соціально-політичному устрої. При цьому загальна проблема підвищення якості залізовмісткої продукції висуває й нові вимоги до кондицій на корисну копалину і, як наслідок, до вирішення питань перегляду границь діючих кар’єрів. Це в першу чергу стосується крутоспадних родовищ, якими є практично всі родовища Кривбасу. Для таких родовищ границі кар’єрів будуть змінюватися в плані в залежності від гірничо-геологічних умов розробки.

Розглянуто найбільш поширені варіанти вже встановлених раніше границь кар’єрів по відношенню до умов залягання рудних тіл (рис. 6). Якщо рудне тіло, товщина якого обмежується шириною дна кар’єра як із його висячого, так і лежачого боків (схема а на рис. 6) і для якого підвищено бортовий вміст, то границі кар’єра звужуються в плані, а загальні обсяги розкриву в нових контурах зменшуються на і . Якщо рудне тіло, товщина якого обмежується шириною дна кар’єра хоча б з одного боку (схема б і с на рис. 6) і для якого також підвищено бортовий вміст, то границі кар’єра в плані звужуються тільки з одного боку, а обсяги розкриву зменшуються на або на .

В загальному вигляді обсяги розкриву з висячого боку рудного тіла визначаються за формулою

м3, (12)

а обсяги розкриву з лежачого боку, визначаються за формулою

м3, (13)

де - проектна глибина кар’єра, м; - висота борта з погашеними уступами з висячого і лежачого боків рудного тіла, відповідно, м; - горизонтальна товщина рудного тіла з попереднім бортовим вмістом з висячого і лежачого боків рудного тіла, відповідно, м; - кут погашення робочого борту з висячого і лежачого боків рудного тіла, відповідно, град.; - кут укосу робочого борту з висячого і лежачого боків рудного тіла, відповідно, град.; - середня довжина рудного тіла з його висячого і лежачого боків, відповідно, м.

В свою чергу, обсяги руди і з висячого і лежачого боків рудного тіла, що переходять до розкриву після перегляду кондицій, визначаються за формулами

м3, (14)

м3, (15)

де - поточна глибина кар’єра, м; -відстань по горизонталі від висячого і лежачого боків рудного тіла, відповідно, до місця закладання розрізної траншеї, м; - кут падіння рудного тіла, град.

Розрахунки показали, що найбільший вплив на границі (обсяги розкриву) справляють поточна глибина кар’єра і горизонтальна товщина рудного тіла з попереднім бортовим вмістом. Аналіз динаміки обсягів розкриву , що виключаються з контурів кар’єра і обсягів руди , що додаються до розкриву внаслідок підвищення величини бортового вмісту показав, що співвідношення темпів їх змінення з глибиною кар’єра веде до зменшення середньоексплуатаційного коефіцієнта розкриву на 7-15%, в залежності від умов розробки.

До складу більшості гірничо-збагачувальних комбінатів входять два і більше кар’єра, з яких сировина поступає на збагачувальні фабрики. В цьому випадку питання перегляду кондицій на кожному з кар’єрів пов’язані між собою і повинні вирішуватися комплексно з урахуванням гірничо-геологічних, технологічних та економічних чинників видобутку та переробки руд. Виходячи з цього, в роботі розроблено методику визначення продуктивності групи кар’єрів у складі одного комбінату. Дослідження показали, що величини бортового вмісту на кожному з кар’єрів є взаємозалежними і впливають на їх продуктивність.

Таким чином, при обгрунтуванні оптимальної величини бортового вмісту в кар’єрі або в групі кар’єрів, необхідно враховувати не тільки змінення режиму гірничих робіт і параметрів системи розробки, але й наслідки можливого перегляду границь кар’єра.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково–дослідною роботою, в якій дано рішення актуальної науково–практичної задачі, що полягає у визначенні режиму гірничих робіт в кар’єрі при зміненні величини бортового вмісту заліза в руді. Рішення цієї задачі дозволяє підвищити ефективність розробки родовищ корисних копалин відкритим способом.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному:

1. Враховуючи значне зменшення продуктивності діючих кар’єрів (на 7-67%) і виснаженість промислових запасів, підвищити якість і конкурентноспроможність залізовмісткої продукції в сучасних умовах можливо за рахунок перегляду кондицій шляхом змінення величини бортового вмісту заліза в руді.

2. Величина бортового вмісту заліза в руді впливає на напрямок розвитку і режим гірничих робіт в кар’єрі. Доведено, що при існуючих гірничо-геологічних, технологічних і економічних умовах видобутку, переробки руди та врахуванні режиму гірничих робіт, для кожного кар’єра існує оптимальне значення бортового вмісту. Приріст прибутку при цьому за певний експлуатаційний період складає близько 3-5% в залежності від гірничо-геологічних умов розробки.

3. Змінення бортового вмісту заліза в руді справляє неоднозначний вплив на техніко–економічні показники розробки. Так, із збільшенням його величини, інтенсивність нарощення обсягів розкриву значно перевищує інтенсивність зменшення обсягів видобутку, а суттєвий вплив на економічні показники розробки здійснюють витрати на дробарно–збагачувальний переділ та розкривні роботи.

4. Розроблено методику планування гірничих робіт, що дозволяє при виконанні планових показників з виробництва концентрата здійснювати поступову нормалізацію параметрів системи розробки в умовах заборгованості кар’єра з розкриву.

5. Доведено, що всупереч росту середнього коефіцієнта розкриву на окремих ділянках внаслідок збільшення величини бортового вмісту заліза в руді, експлуатаційний коефіцієнт розкриву в кар’єрі в цілому може зменшуватися при певному співвідношенні обсягів видобутку якісних різновидів руд.

6. Визначення ширини робочої площадки при зміненні величини бортового вмісту повинне враховувати якість концентрата. Із збільшенням величини бортового вмісту, ширина робочої площадки збільшується, а їх оптимальні значення співпадають при мінімальних витратах на видобуток і переробку руди.

7. Підвищення кондицій до якості корисної копалини в певних гірничо-геологічних умовах розробки родовища веде до перегляду границь діючих кар’єрів, при цьому значення середньоексплуатаційного коефіцієнта розкриву зменшується на 7-15%.

8. Обсяги розкриву, що виключаються з контурів кар’єра при збільшенні величини бортового вмісту, обернено пропорційні поточній глибині розробки і прямо пропорційні величині бортового вмісту.

9. Впровадження окремих результатів досліджень у виробництво дозволило одержати фактичний економічний ефект у розмірі 226,2 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ковальчук Т.М., Максимов А.В., Ковальчук В.А. Планирование режима горных работ при нормализации параметров системы разработки в карьере // Металлургическая и горнорудная промышленность. Научно-техн. и произв. журнал. – 2002. - №1. – С. 82-84.

2. Ковальчук В.А., Ященко Б.Е., Ковальчук Т.М., Кущенко Г.Н. Установление максимальной производительности и режима горных работ карьера ИнГОК // Разработка рудных месторождений.: Научно-техн. сб. КТУ. – Кривой Рог, 1999. – №69. - С. 70-76.

3. Ковальчук Т.М. Методика расчета бортового содержания железа в руде при установленном развитии горных работ и неизменных параметрах системы разработки в карьере // Разработка рудных месторождений.: Научно-техн. сб. КТУ. – Кривой Рог, 2001. – №75. - С. 18-23.

4. Максимов А.В., Ковальчук Т.М., Ковальчук В.А. Многокритериальная задача выбора направления развития горных работ в карьере // Разработка рудных месторождений.: Научно-техн. сб. КТУ. – Кривой Рог, 2001. – №77. - С. 26-29.

5. Ковальчук Т.М. Определение влияния бортового содержания железа в руде на режим горных работ в карьере и его экономическая оценка // Разработка рудных месторождений.: Научно-техн. сб. КТУ. – Кривой Рог, 2003. – №82. - С. 3-7.

6. Ковальчук Т.М., Жуков С.А. Влияние ширины рабочей площадки на режим горных работ при изменении величины бортового содержания // Разработка рудных месторождений.: Научно-техн. сб. КТУ. – Кривой Рог, 2003. – №83. - С. 30-33.

7. Ковальчук В.А., Ященко Б.Е., Баранов И.В., Ковальчук Т.М., Сова А.А. Перспективное направление регулирования режима горных работ в современных карьерах // Проблемы научного обеспечения горнопромышленного комплекса Украины на пороге XXI века.: Сб. науч. трудов ГНИГРИ. – Кривой Рог, 2001. – С. 120-125.

8. Ковальчук Т.М., Жуков С.О. Визначення впливу змінення кондицій на границі відкритої розробки родовищ і режим гірничих робіт // Науковий вісник. – Дніпропетровськ: НГУ, 2003. - № 5 . – С. 5-7.

9. Ковальчук В.А., Ковальчук Т.М. Горно-геологические аспекты повышения качества железорудного сырья на ГОКах // Матеріали Другої всеукраїнської науково-практич. конф. “Україна наукова’2002”. – Том 12. – Техн. науки. – Дніпропетровськ. – 2002. – С. 29-30.

10. Ковальчук В.А., Ковальчук Т.М. Обоснование технологического критерия оценки вариантов развития горных работ в карьере // Тезисы докл. научно-техн. конф. “Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна”. – Кривой Рог. – 2002. – С. 11.

11. Ковальчук Т.М. Підвищення якості залізорудного концентрату на комбінатах Кривбасу // Матеріали VI Міжнародної науково-практич. конф. “Наука і освіта’ 2003”. – Том 11. – Техн. науки. – Дніпропетровськ. – 2003. – С. 18-19.

12. Матыс В.Б., Жуков С.А., Ковальчук Т.М. Характер влияния горно-геологических условий на режим горных работ в карьере // Матеріали Міжнародної науково-практич. конф. “Україна наукова’2003”. –Том 27. – Гірнича справа. – Дніпропетровськ. - 2003. – С. 22-24.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві: [1,4] – обгрунтування критерія економічної оцінки, методика нормалізації параметрів системи розробки; [2] – математичні розрахунки параметрів; [6] – встановлення впливу бортового вмісту на ширину площадки і режим гірничих робіт; [7] – аналіз стану гірничих робіт, розрахунки параметрів; [8] – ідея, методика визначення границь кар’єра і режиму гірничих робіт; [9-12] – постановка задачі, аналіз кон’юнктури ринку, визначення впливових факторів.

АНОТАЦІЯ

Ковальчук Т.М. Визначення режиму гірничих робіт в кар’єрі при зміненні бортового вмісту заліза в руді. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 – відкрита розробка родовищ корисних копалин. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2003.

Дисертація присвячена питанням планування режиму гірничих робіт і параметрів системи розробки в кар’єрі при зміненні величини бортового вмісту заліза в руді. Проведено дослідження по встановленню основних взаємозв’язків геолого-технологічних показників видобутку та переробки руд на комбінатах Кривбасу. Визначено характер і ступінь впливу величини бортового вмісту на поточні обсяги видобутку, розкриву і переробки руд та зроблена економічна оцінка цього впливу. Доведено, що режим гірничих робіт в кар’єрі залежить від величини бортового вмісту заліза в руді і в свою чергу впливає на її оптимальне значення. На основі встановлених закономірностей досліджено режим гірничих робіт на окремих ділянках кар’єра і розроблено методику визначення оптимального співвідношення обсягів видобутку якісних різновидів руд. При цьому, навіть при збільшенні бортового вмісту, експлуатаційний коефіцієнт розкриву в певні періоди розробки родовища може зменшуватися. Запропоновано визначати основні параметри системи розробки з урахуванням наслідків змінення бортового вмісту, що дозволяє зіставляти варіанти режиму за якістю товарної продукції ще на стадії планування. Розроблено методику корегування границь діючих кар’єрів при зміненні кондицій до якості корисної копалини з урахуванням впливу цього корегування на режим гірничих робіт. Концептуально викладено результати досліджень по визначенню продуктивності групи кар’єрів у складі одного комбінату. Окремі результати досліджень впроваджено у виробництво.

Ключові слова: кар’єр, режим гірничих робіт, бортовий вміст, якість, параметри системи розробки.

АНОТАЦИЯ

Ковальчук Т.М. Определение режима горных работ в карьере при изменении бортового содержания железа в руде. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 – открытая разработка месторождений полезных ископаемых. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2003.

Диссертация посвящена вопросам планирования режима горных работ и параметров системы разработки в карьере при изменении величины бортового содержания железа в руде. Проведены исследования по установлению основных взаимосвязей геолого-технологических показателей добычи и переработки руд на комбинатах Кривбасса. Выявлены устойчивые корреляционные зависимости содержания железа в руде, концентрате и выхода концентрата на базе фактических показателей горно-обогатительных комбинатов за последние 10 лет их работы. Исследовано влияние величины бортового содержания на технико-экономические показатели разработки месторождений. Доказано, что увеличение бортового содержания приводит к росту эксплуатационного коэффициента вскрыши и уменьшению объемов добычи при неизменной производительности карьера по горной массе. Доказано, что направление развития и режим горных работ в карьере зависят от величины бортового содержания железа в руде и, в свою очередь, влияют на ее оптимальное значение. При экономической оценке режима горных работ с учетом приплат (скидок) к цене за качество товарного концентрата, прирост прибыли в отдельные эксплуатационные периоды работы может достигать 3-5%.

Разработана методика планирования горных работ в условиях задолженности карьера по вскрыше с постепенной нормализацией параметров системы разработки. Доказано, что в карьерах, характеризуемых наличием участков с различными горно-геологическими и технологическими условиями разработки, можно установить такой порядок их отработки, при котором эксплуатационный коэффициент вскрыши в целом по карьеру может уменьшаться даже при увеличении бортового содержания железа в руде. Обоснована необходимость учета качества концентрата при определении ширины рабочей площадки, что позволяет сопоставлять варианты режима горных работ по качеству товарной продукции еще на стадии планирования при изменении величины бортового содержания. Установлено, что с

увеличением бортового содержания железа в руде, ширина рабочей площадки так же увеличивается, а их оптимальные значения, соответствующие минимальным затратам, совпадают. Предложена методика корректировки границ действующих карьеров при пересмотре кондиций к качеству полезного ископаемого. Рассмотрены возможные схемы изменения границ карьеров.