МНСТЕРСТВО ОСВТИ УКРАНИ

НАЦОНАЛЬНА ГРНИЧА АКАДЕМЯ УКРАНИ

МАРТИНЕНКО Володимир Петрович

УДК 622.271.3:622.882.043.3

НАУКОВЕ ОБГРУНТУВАННЯ РОЗРОБКА ЕКОЛОГЧНО

ОРНТОВАНИХ ТЕХНОЛОГЙ ГРНИЧИХ РОБТ НА

ЗАЛЗОРУДНИХ ГРНИЧО-ЗБАГАЧУВАЛЬНИХ КОМБНАТАХ

Спецальнсть :

05.15.03 - “Вдкрита розробка родовищ корисних копалин”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертац на здобуття наукового ступеня

доктора технчних наук

Днпропетровськ - 1999

Дисертацю рукопис

Робота виконана в Нацональнй грничй академ Украни

Науковий консультант

Заслужений винахдник Украни,

доктор технчних наук, професор, ДРИЖЕНКО

професор кафедри вдкритих Анатолй Юрйович

грничих робт Нацонально

грничо академ Украни

Офцйн опоненти:

доктор технчних наук, професор, ПРОКОПЕНКО

завдувач кафедри прикладно Василь ванович

економки Нацонально

грничо академ Украни

доктор технчних наук, професор, ВЛКУЛ

завдувач кафедри прикладно Юрй Григорович

еколог Криворзького технчного

унверситету

доктор технчних наук, старший ВОРОБЙОВ

науковий спвробтник, завдувач Вктор Данилович

лаборатор Нацонального

науково-дослдного нституту

охорони прац

Провдна установа - нститут геотехнчно механки

НАН Украни, м. Днпропетровськ

Захист вдбудеться “ 30 ” _червня_1999 р.

о 14 годин на засданн спецалзовано вчено ради

Д 08.080.02 по захисту дисертац при Нацональнй

грничй академ Украни по адресу:

320027, м. Днпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

З дисертацю можливо ознайомитись у бблотец

Нацонально грничо академ Украни.

Автореферат розслано “_28 ”_травня_ 1999 р.

Вчений секретар

спецалзовано вчено ради,

д. т. н., с. н. с. О.В.Зберовський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнсть проблеми. Украна займа одне з провдних мсць у свт стосовно запасв та видобутку залзних руд, виплавц чавуна стал. сировинна база представлена в основному залзистими кварцитами, як залягають у вигляд потужних синклнальних складок пластв крутого падння. На цей час понад 86 % видобутку залзно руди вдбуваться вдкритим способом на 11 каррах, як входять до складу 6 найкрупнших грничо-збагачувальних комбнатв (ГЗК). Грнич роботи проводять на глибин 250...360 м. Вдповдно до затверджених технчних проектв х граничний рвень склада 500...700 м. Основний обм виймання розкриву явля собою скельн рзновиди вмщуючих порд. Оскльки вмст залза в руд не перевищу 33...37 %, вихдна сировина пдляга збагаченню та окускуванню. При цьому вдходи виробництва у вигляд порд розкриву хвоств збагачення складують у зовншнх сховищах, що займа понад 50 % усього земельного вдводу ГЗК.

Видобування та переробка залзно руди у металургйну сировину характеризуться значними пилогазовими викидами в атмосферу. Техногенний пил пд дю повтря забрудню земельну площу важкими металами на вдстан бльше 10 км. Вдкачування високомнералзованих вод з глибоких каррв призводить до осушення прилегло територ та забруднення зовншнх водоймищ.

Розмщення вмщуючих порд у зовншнх вдвалах характеризуться не тльки значними порушеннями земель, але й витратами на грничотранспортн роботи. Грничо-збагачувальн комбнати розташован поблизу великих мст населених пунктв, внаслдок чого питання охорони земельних водних ресурсв вд порушення грничими роботами та запобгання нтенсивному забрудненню атмосфери пилогазовими викидами являють собою складову частину загального наукового напрямку з охорони навколишнього природного середовища пд час функцонування грничо-металургйних комплексв у цлому. Традицйний розвиток грничих робт у каррах не дозволя ефективно використовувати х площ для розмщення вдходв виробництва. Видобувам розкривн породи придатн для створення техногенних родовищ, однак технолог х формування в глибоких каррах дотепер не розроблен. Методи рекультивац порушених земель потребують удосконалення, а створення та освоння екологчно орнтованих технологй вдкрито розробки залзорудних родовищ являють собою важливу наукову проблему.

У звязку з цим наукове обгрунтування екологчно орнтованих

технологй розробки залзорудних родовищ з цлеспрямованим формуванням виробленого простору глибоких каррв створення в них техногенних родовищ актуальною прикладною проблемою на грничо-збагачувальних комбнатах Украни.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертацйна робота виконана на основ тематичних планв науково-дослдних робт Нацонально грничо академ Украни в галуз пдвищення ефективност й ресурсозбереження корисних копалин (теми ГП-29, ГП-65) вдповда Державнй науково-технчнй програм Мннауки Украни з проритетних напрямкв розвитку науки та технки 4.14 “Екологчно чист технолог видобування, переробки, транспортування й використання рудних нерудних корисних копалин”.

Мета та задач дослджень. Метою роботи наукове обгрунтування та створення комплексу технологй з розробки та переробки залзно руди на грничо-збагачувальних комбнатах, як забезпечують пдвищення ефективност грничих робт охорони навколишнього середовища.

Для досягнення зазначено мети у дисертацйнй робот сформульован так задач дослджень:

1. Теоретично обгрунтувати принципи формування екологчно орнтованих технологй грничих робт на ГЗК.

2. Розробити методику розрахунку та обгрунтувати параметри формування робочо зони глибоких каррв пд час переекскавац вмщуючих порд у вироблений простр.

3. Розробити й удосконалити технологю вибухового подрбнення порд в перод нтенсивного формування виробленого простору.

4. Установити рацональн параметри екологчно орнтованих грничо-транспортних комплексв закономрност х змни в глибоких каррах.

5. Розробити та впровадити екологчно орнтован технолог утилзац вмщуючих порд на залзорудних ГЗК.

дея роботи поляга в тому, що створення технолог вдкрито розробки залзних руд з мнмальним порушенням довклля засновано на використанн закономрностей цлеспрямованого формування виробленого простору в каррах з роздльним розмщенням в ньому рзнотипових вмщуючих порд для утворення техногенних родовищ використання бологчних методв х консервац.

На основ виконаних дослджень сформульован так науков положення:

1. При вдкритй розробц крутозалягаючих залзорудних родовищ обм зони поглиблення змнються за параболчною залежнстю вд потужност пластв, глибини розробки кутв укосу бортв карра, що да змогу визначати ефективн параметри технологй виймання вмщуючих порд похилими шарами та дагональними панелями, сформувати робочу зону мнмального обму без зниження виробничо потужност пдпримства.

2. Ефективнсть руйнуваня скельних порд зниження пилогазових викидв забезпечуються керуванням вибухових навантажень порд за рахунок зменшення бризантност удосконалених водовмщуючих типв ВР з низьким вмстом тротилу (10...20 %), а також комбнацю х зарядв з неводостйкими ВР у межах 20...30 % залежно вд ступеня обводненост грських порд, використанням ефекту запирання продуктв вибуху при внутршньому зовншньому набиванн свердловини.

3. Мнмальна вдстань транспортування грсько маси автосамоскидами (0,8... 1,2 км) у зон поглиблення забезпечуться шляхом пдготовки робочих горизонтв на основ глибокого вводу залзничного конвейрного транспорту в комплекс з мобльним перевантажувальним устаткуванням, що да змогу перемщувати х услд за поглибленням грничих робт по висот через 30...45 м та на вдстан по горизонту 0,8...1,25 км.

4. Ефективне використання земельних ресурсв при видобуванн залзних руд забезпечуться утилзацю вмщуючих порд шляхом будвництва дамб обвалування хвостосховищ, виробництва будвельного щебеню переекскавацю нереалзованих обмв у вироблений простр з утворенням техногенних родовищ, покритих шаром суглинкв потужнстю 15...20 см, виконанням бологчно рекультивац.

Наукова новизна результатв дослджень:

1. Теоретично обгрунтован принципи створення екологчно орнтованих технологй грничих робт на ГЗК, на баз яких розроблена економко-математична модель методи розрахунку ефективних параметрв розвитку робочо зони каррв, що вдрзняються систематизацю каррних полв за грничо-геологчними умовами, урахуванням впливу комплексу виробничих процесв на стан земельних масивв та атмосферу, розмщенням вмщуючих порд у виробленому простор глибоких каррв дозволяють планувати розробку залзно руди з мнмальним порушенням довклля.

2. Уперше установлен залежност параметрв зони поглиблення вд потужност рудних пластв, глибини розробки, кутв укосу робочих неробочих бортв, протяжност каррних полв, на основ використання яких збергаються транспортн комункац у мсц внутршнього вдвалоутворення та максимально заповнються вироблений простр вмщуючими породами.

3. Розроблен методи розрахунку параметрв технологчних схем вдробки залзорудних родовищ з мнмально необхдним поточним обмом виймання вмщуючих порд, як вдрзняються використанням закономрностей формування зон поглиблення та перемщення з дагональним орнтуванням фронту грничих робт за простяганням рудних пластв вдробкою вмщуючих порд похилими шарами по висячим бокам покладв, що дозволя переносити 15...20 % обму порд розкриву на заключний етап розробки родовища.

4. Установлен закономрност змни продуктивност автосамоскидв вд глибини розробки, нахилу виздних траншей вдстан транспортування, як вдрзняються урахуванням витрат палива викиду шкдливих речовин у атмосферу, що дозволя створити екологчно орнтован технологчн схеми пдготовки робочих горизонтв з мнмальними вдстанню перевезення грсько маси автотранспортом забрудненням каррно атмосфери.

5. Розроблен математичн модел формування зони поглиблення при комбнованих видах транспорту з автомобльною ланкою, як вдрзняються вд вдомих експлуатацю автосамоскидв на плеч вдкатки 0,8...1,2 км дають можливсть прогнозувати крок перемщення мобльного перевантажувального устаткування на глибоких робочих горизонтах карра.

6. Уперше розроблен методи розрахунку параметрв роздльного розмщення вмщуючих порд у виробленому простор з урахуванням х фзико-механчних характеристик господарсько цнност, що дозволя проектувати створювати техногенн родовища в процес вдробки глибоких каррв.

Практичне значення отриманих результатв поляга у такому:

1. Обгрунтован параметри технологчн схеми конструювання бортв карра Полтавського ГЗК (ПГЗК) з вдробкою х похилими шарами та дагональними панелями, як дали можливсть зменшити обм вмщуючих порд у контурах каррного поля на 103,5 млн м3, розширити промислов запаси на 40,8 млн т руди, зменшити термн досягання проектно виробничо потужност у 2 рази. (Довдка ВАТ “Укргпроруда” вд 16.09.98 р.).

2. Розроблено нов сполуки водовмщуючих ВР з низьким вмстом тротилу. Збудовано цех для виробництва акватолу Т-20 на ПГЗК потужнстю 10 тис.т/р., що знизило на 30 % застосування тротилу та зменшило на 40...60 % пилогазов викиди при проведенн вибухових робт. За рахунок цього у 1998 р. економчний ефект склав 2,5 млн грн. (Довдка ВАТ “Укргпроруда” вд 16.09.98 р.).

3. Розроблен рацональн конструкц комбнованих свердловинних зарядв для обводнених порд з застосуванням ВР з рзними детонацйними характеристиками, як вдрзняються рзнограднтним навантаженням на масив запираючим ефектом при внутршньому та зовншньому набиванн, що дозволя пдвищити ефективнсть вибухових робт на 12...15 %. Впровадження таких зарядв на карр ПГЗК забезпечило економчний ефект

у розмр 655,3 тис. грн. (Довдка ПГЗК вд 10.09.98 р.).

4. Розроблен конструкц й обгрунтован параметри кроку перемщення мобльного перевантажувального устаткування, як забезпечують глибоке уведення залзничного транспорту та стрчкових конвейрв на робоч горизонти дають можливсть пдвищити ефективнсть транспортних робт у карр. Впровадження пересувно дробарки на карр ПГЗК дозволило знизити вантажооборот автотранспорту у 3 рази, вивльнити з експлуатац 7 великовантажних автосамоскидв зменшити нтенсивнсть забруднення атмосфери пилогазовими викидами на 30...40 %. (Довдка ВАТ “Укргпро-руда” вд 16.09.98 р.).

5. Розроблен пропозиц щодо зниження виходу вдходв грничо-збагачувального виробництва та х утилзац шляхом використання вмщуючих порд пд час будвництва дамб обвалування хвостосховищ переробки на щебнь; глауконтових глин вапняку - для виготовлення окатишв; магнтно-гдравлчного способу збагачення залзистих кварцитв - для зниження виходу хвоств. Використання цих пропозицй на ПГЗК да можливсть вдмовитись вд привзних бентонтових глин, а зменшення обму виходу хвоств та пдвищення якост концентрату на 1,88 % - отримати у 1993-1997 рр. економчний ефект 2,57 млн грн. (Довдка ПГЗК вд 10.09.98 р.).

6. Розроблен й апробован на карр ПГЗК технологчн схеми переекскавац вмщуючих порд з застосуванням автомобльного та залзничного транспорту, як дозволяють безпечно розмщувати х у виробленому простор, знизити вдстань перевезення в карр завдяки цьому одержати економчний ефект у перод 1993-1998 рр. 6,5 млн грн. (Довдка ПГЗК вд 25.12.98 р.).

7. Пдтверджена правомрнсть консервац поверхн техногенних родовищ шляхом покриття шаром суглинкв потужнстю 10...20 см, що да змогу для культивац на ньому невибагливих рослин.

Особистий внесок здобувача. Автором самостйно сформульован мета й задач дослджень, дея роботи, основн науков положення, висновки та рекомендац, розроблен концепця роботи та головн науково-технчн принципи, установлен закономрност змни параметрв зони поглиблення вд потужност рудних пластв, кутв укосу бортв каррв глибини розробки; створено математичний апарат для розрахунку параметрв розмщення рзнотипних вмщуючих порд у глибоких каррах; з його участю виконано моделювання грничих робт пд час пдготовки глибоких горизонтв до експлуатац та конструювання транспортних схем з застосуванням мобльного перевантажувального устаткування; удосконалено сполуки водовмщуючих ВР конструкц зарядв; розвязан прикладн задач щодо зниження обмв виробничих вдходв та х утилзац, консервац техногенних родовищ рекультивац порушених територй, а також впровадження результатв дослджень. Змст дисертац викладено автором особисто.

Апробаця роботи. Основн положення та результати дисертацйно роботи доповдались одержали схвалення на Всесвтнх грничих конгресах з еколог грничотранспортних робт (Болгаря-1994 р., Мексика - 1997 р.); на мжнародних конференцях з вибуху (Франця-1993 р.) з актуальних питань охорони навколишнього середовища (м. Варна-1994 р., м. Москва -1994 р., м. Кременчук - 1994-1996 рр., м. Павлоград-1997 р.); з природоохоронно технолог вдкритих грничих робт (м. Челябнськ-1996 р., м. Москва-1998 р.); на мжнародних конференцях з проблем комплексного освоння надр перспектив освоння родовищ корисних копалин (м. Днпропетровськ-1995, 1998 рр.); на технчних нарадах концерну “Укррудпром”, нститутв “Укргпроруда” “Кривбаспроект”, наукових семнарах вддлв геомеханки основ технолог ВГР механки вибуху ГТМ НАН Украни, а також кафедри ВГР НГА Украни.

Публкац. Основн положення дисертац опублкован у 2 монографях, 2 брошурах, 13 статтях у наукових фахових виданнях, 2 авторських свдоцтвах 7 патентах на винахд, 2 вдкриттях, 12 тезах матералах доповдей на конференцях.

Структура обсяг дисертац. Дисертаця складаться з вступу, 6 роздлв, висновкв, перелку лтературних джерел з 240 назв, додатка, ма 243 сторнки машинописного тексту, 61 рисунок на 50 сторнках, 36 таблиць на 40 сторнках, 7 додаткв на 10 сторнках загальним обсягом 344 сторнки.

ОСНОВНИЙ ЗМСТ РОБОТИ

РОЗДЛ 1. Огляд лтератури з проблеми технологй грничих робт при вдкритй розробц крутоспадаючих залзорудних родовищ

Встановлено, що обм видобутку залзистих кварцитв вдкритим способом в Укран знаходиться на рвн 86 %. Низький вмст залза в сирй руд та круте спадання розроблямих покладв чинить суттвий вплив на довклля. При цьому видобуток сиро руди супроводжуться не тльки викидами пилу й шкдливих газв вд проведення буропдривних, вимково-навантажувальних транспортних робт, але й порушенням значних площ промспорудами, каррами, вдвалами, хвостосховищами, складами готово продукц, транспортними мережами та ншими обктами. Глибок карри характерн вдкачкою значних обмв пдземних високомнералзованих вод. Довклля забруднються токсичними мкроелементами важких металв.

Першоджерелом забруднення довклля видобуток сиро руди. Досвд роботи каррв залзорудних ГЗК показу, що середнй коефцнт розкриву знаходиться на рвн 1...7,5 м3/т. Обм скельно грсько маси в каррах склада понад 90 %. Це призводить до того, що при буропдривних роботах вихд пилу у цлому по карру на рк склада 21,6...68,7 тис.т, оксидв вуглецю та азоту - 357...735 тис.м3. Виймання та навантаження грсько маси супроводжуються викидом 8,2 мг/кг пилу. При транспортуванн автосамоскидами по дорогам з обробленою поверхнею викид пилу становить 200...300 мг/с, залзничним транспортом - 80...120 мг/с, стрчковими конвейрами - 20...50 мг/с. На зовншнх вдвалах складування порд екскаваторами призводить до нтенсивност пилння 485...1120 мг/с, бульдозерами - 97...160 мг/с. При розвантаженн автосамоскида видляться до 184 мг/с пилу, думпкара - до 275 мг/с. Викиди отруйних газв спостергаються лише у двигунв внутршнього згоряння залежно вд х потужност не можуть перевищувати 9,5 г/кВтгод з оксиду вуглецю, 3,4 г/кВтгод - з вуглеводню та 18,35 г/кВтгод - з оксиду азоту. Загальна кльксть пилогазових викидв залежить вд середньо вдстан транспортування.

У цлому по галуз ГЗК порушено бльше 33 тис. га земель, з яких каррами - 4,8 тис.га (14,5 %), зовншнми вдвалами - 7,7 тис.га (23,3 %), хвостосховищами - 8,7 тис.га (26,4 %), промисловими спорудами - 2,8 тис. га (8,5 %). Зовншн поверхн вдвалв пилять. Щорчний обм вдкачуваних пдземних вод становить бльше нж 25 млн м3. Мнералзаця х досяга 5,9 г/л.

В рзн часи в тй чи ншй мр у виршення проблем екологчно орнтованих технологй вдкритих грничих робт внесли суттвий вклад прац академкв М..Агошкова, М.В.Мельникова, В.В.Ржевського, професорв М.Г.Новожилова, О..Арсентьва, П.В.Бересневича, В.Ф.Бизова, В.Г.Близню-кова, М.В.Васильва, Ю.Г.Влкула, В.Д.Воробйова, .Л.Гуменика, А.Ю.Дриженка, Е..фремова, В.С.Коваленка, Р.С.Крисна, О.М.Михайлова, В.Д.Петренка, А.К.Полщука, С..Попова, В..Прокопенка, П..Томакова, К.М.Трубецького, В.С.Хохрякова, М.С.Четверика, А.Г.Шапара, В.Л.Яков-лва та нших.

У той же час бльшсть процесв при цлеспрямованому поглибленн залзорудних каррв вплив х на стан довклля недостатньо дослджен. Вплив складування розкривних порд у виробленому простор на проведення виробничих процесв зменшення нтенсивност порушень довклля потребують подальшого вивчання. У цьому звязку на основ аналзу вдомих наукових праць виявлених особливостей екологчного стану вдкритих розробок родовищ корисних копалин сформульован актуальнсть, суттвсть прикладно проблеми, мета задач дослдження.

РОЗДЛ 2. Теоретичне обгрунтування принципв формування екологчно орнтованих технологй грничих робт на ГЗК

Грничо-збагачувальний комбнат багатоцльовим пдпримством з повним циклом видобування та переробки залзно руди у металургйну сировину, який у свому склад ма один чи деклька каррв, вдвали, дробильно-збагачувальн фабрики та хвостосховища. З використанням принципв системного аналзу установлено пдпорядкован мж собою рвн рарх окремих цлей та завдань для функцонування велико системи у цлому, що уявля собою ГЗК. Виходячи з цього, основоположний принцип теор екологчно орнтовано технолог вдкрито розробки залзних руд поляга у виконанн грничих робт на глибоких каррах з ефективним використанням виробленого простору для розмщення розкривних порд, максимальною х утилзацю пд час виймання та збергання, локалзацю пилогазових викидв при виконанн всх технологчних процесв, мнмальним порушенням земельних площ пдземних вод та х рекультивацю, що досягаться технологчними способами з застосуванням дючого та знов створюваного устаткування вдповда мнмальнй собвартост видобувних робт.

Оцнюючи вироблений простр глибоких каррв як техногенний ресурс, використання якого дозволя суттво знизити вдстань транспортування вдходв виробництва та землемстксть ГЗК, видлен можлив технолог грничих робт, як забезпечують рацональне розмщення порд розкриву.

1. Прискорена вдробка частини родовища до кнцево глибини каррного поля з розмщенням первсного розкриву у зовншнх вдвалах послдовна розробка цього родовища з складуванням основного обму розкривних порд у створеному виробленому простор.

2. Поетапна вдробка каррного поля з тимчасовим складуванням частини порд розкриву у межах каррного поля та переекскавацю х у вироблений простр сумсно з основним обмом.

3. Послдовна розробка групи родовищ або х длянок з використанням виробленого простору ранше вдробленого карра для розмщення в ньому порд розкриву наступного карра замсть будвництва нових зовншнх вдвалв.

4. Утилзаця частини порд розкриву, а також використання х для будвництва грничотехнчних споруд у карр та на хвостосховищах.

Оскльки розмри та умови залягання залзорудних родовищ досить рзномантн, дослдження основних параметрв грничих робт проведено на приклад типових каррних полв з довжиною за поверхнею вд 1 до 6 км глибиною вд 300 до 800 м. 1, 3 6 типи вдповдають синклнальним складкам родовищ; 2, 4 5 - крутозалягаючим пластам. Для цього виконана система-тизаця основних показникв дючих та запроектованих ГЗК. Виробнича потужнсть каррв прийнята залежно вд рудно площ родовищ вдповда аналогчним групам середньостатистичних пдпримств Украни та кран СНД. Основн х показники розрахован за розробленими залежностями (табл. 1).

Екологчно орнтован технолог вдкрито розробки крутозалягаючих залзорудних родовищ припускають цлеспрямоване формування первсного виробленого простору в карр першо черги шляхом розвитку зони поглиблення в одному з торцв каррного поля з мнмальною потужнстю покривних порд. При достатньому темп поглиблення для каррного транспорту потужнсть з видобування руди забезпечуться поперечним розтином поздовжнм перемщенням фронту грничих робт з шириною робочих площадок на кожному горизонт 30...50 м. Пдтримання та нарощу-вання потужност карра можливе при видленн рухомо зони з прискореним перемщенням вибов у верхнй частин карра вздовж простягання рудних пластв. Обм зони поглиблення Vу (м3) визначаться з формули

( 1 )

де Нт - глибина розробки, м;

mг - горизонтальна потужнсть рудних пластв, м;

Кф - коефцнт форми рудних пластв;

вр - ширина робочих площадок, м;

вр.т - ширина розрзно транше, м;

л, в - кути укосв фронтальних бортв карра, град;

- кут укосу неробочого торця карра, град;

р - кут укосу робочого борту, град

За стандартною програмою з використанням методу найменших квадратв установлено, що параметри зони поглиблення пдкоряються параболчнй залежност вд глибини розробки, кута укосу робочого

Таблиця 1

Систематизаця показникв видобування та переробки залзно

руди на типових пдпримствах

Показник | Тип каррного поля

1 2 3 4 5 6

Горизонтальна потужнсть

рудних пластв, м

Кнцева глибина розробки, м

Розмри каррного поля за

поверхнею, м:

- довжина;

- ширина;

- площа, га

Обм породи, млн м3:

- руда;

- розкрив;

- площа вдвальних полв, га

Середнй коефцнт розкриття,

м3/м3

Обм товарно руди, млн м3

Обм хвоств збагачення, млн м3

Площа хвостосховищ, га

Середнй коефцнт вдходв, м3/м3

Загальна площа пд грничими

розробками,га

Рчна потужнсть виробництва,

млн м3:

- сира руда;

- породи розкриву;

- товарна руда;

- хвости збагачення | 370 300 875 300 350 1300

300 400 500 500 600 800

1000 2000 3000 4000 5000 6000

1000 1200 2000 1200 1500 3000

82,6 194,6 487,2 476,2 826,3 1509

58,2 152,9 890,9 451,7 1013,6 4573

50,3 221,8 501,8 740,8 1716,4 2565

90,6 399,2 903,2 1333,5 3089,5 4617

0,86 1,45 0,56 1,64 1,69 0,56

23,3 61,2 356,4 180,7 405,4 1829,2

34,9 91,7 534,5 271 608,2 2743,8

139,6 366,8 2138 1084 2432,8 10975

3,6 5,1 2,9 5,6 5,7 2,9

312,8 960,6 3528,4 2893,7 6348,6 17101

2,6 4,0 6,8 6 9 12,4

2,2 5,8 3,8 9,8 15,2 7

1,04 1,6 2,7 2,4 3,6 5

1,56 2,4 4,1 3,6 5,4 7,5

борту та протяжност каррного поля Lк (м) мають вигляд:

- обм зони поглиблення Vу = 148-1,08 НТ + 3,45 10-3 Н ; ( 2 )

- контурний коефцнт розкриву nв = 0,307+2,910-3НТ+3,210-5 Н; ( 3 )

- питома вага обму зони поглиблення в контурах каррного поля

= 79 -25,6Р + 21,3 ; ( 4 )

- питома вага обму порд розкриву в зон поглиблення залежно вд про-

тяжност каррного поля

WУ = 75- 19,810-2 Lк+16,710-5L. ( 5 )

З проведеного аналзу виходить, що обм зони поглиблення та породи розкриву в нй, в основному, залежать вд глибини розробки кутв укосу робочих бортв. Розмри по земнй поверхн не перевищують 1,5...2,1 км, що вдповда протяжност каррв 1 2 типу. Питома вага обму порд розкриву рзко знижуться при збльшенн протяжност каррного поля (рис. 1). Для каррв 1 типу вона становить 73,6 % вд усього обму розкриву; для каррв 2 типу - 43,7 %; а для каррв 5 6 типв - 18...19,5 %. З цього зроблено висновок, що карри 1 2 типу можуть бути засипаними тльки псля повно вдробки породами з нших пдпримств, а карри 3-6 типв придатн для складування порд розкриву поточного виймання. При цьому коефцнт переекскавац не перевищуватиме 20 %.

Отриман закономрност дозволяють аналзувати рзн напрямки формування робочо зони каррв з мнмальними обмами вимки розкриву та вдстан його транспортування, що забезпечують економчну ефективнсть роботи ГЗК захист довклля вд забруднення. При цьому передбачаться використання рзнотипних порд розкриву в якост побчно товарно продукц не тльки для потреб ГЗК, але й для сумжних галузей господарства.

РОЗДЛ 3. Розрахунок параметрв формування робочо зони глибоких каррв з переекскавацю вмщуючих порд у вироблений простр

Розробка глибоких каррв характерна вийманням значних обмв розкриву, що суттво позначаться на собвартост видобувних робт. Сформульована концепця створення технологй розробки родовищ з мнмальним порушенням довклля, яка поляга у створенн тимчасово неробочих бортв замсть постановки х зразу в кнцеве положення.

Привантаження тимчасово неробочих бортв породами розкриву да можливсть збльшити кути х вдкосу на 3...50 бльше. Завдяки цьому значення коефцнта запасу стйкост може бути прийняте 1,1...1,2 для умов короткочасного положення замсть 1,3...1,5 - для постйного, на строк всього основного пероду експлуатац. Це дозволя зменшити загальний обм розкриву в контурах каррного поля на 15...20 %.

Збльшення кутв вдкосу робочих бортв шляхом вдробки вмщуючих порд по висячому боку покладв похилими шарами на глибину Нр (м) та орнтування вимково панел вдносно простягання рудних пластв да можливсть переносити розробку значно частини порд розкриву на заключний перод експлуатац карра. Формування неробочого борту карра по лежачому боку родовища дозволя розмщувати на його транспортних площадках у постйному положенн магстральн залзничн комункац та стрчков конвейри (рис. 2). У загальному випадку кут вдкосу робочого борту визначаться з формули

(6)

де nу - групи уступв, як складають похилий шар, од.;

hу - висота уступу, м;

у - кут вдкосу робочого уступу, град;

вб - ширина берми безпеки, м;

К - кльксть тимчасово неробочих уступв, од.;

nр - кльксть робочих площадок у груп уступв, од.

Установлено, що розкривн породи слд вдробляти 3...6 похилими шарами пд кутом р.л = 15...190 в напрямку вд лежачого боку покладу та р.в = 29...300 - вд висячого. Ширина робочих площадок Вс.в = 43...70 м. Крок повторного поглиблення Ну = 24...36 м. Рчне пониження грничих робт 8...12 м. Висота тимчасово неробочих бортв мж робочими площадками Нб = 60...180 м. Термн вдробки етапу 6...24 роки. Довжина длянки етапу 600... 1200 м.

Кут орнтування вимкових панелей вдносно простягання рудного пласта з сторони лежачого л та висячого (в) боку (град) визначаться за формулами

(7)

де - кут залягання рудного пласта, град.

Установлено, що мнмальн обми розкривних порд забезпечуються при орнтуванн вимкових панелей з сторони лежачого боку покладу пд кутом 24...280 до його простягання та пд кутом 30...360 - з сторони висячого боку. Завдяки цьому довжина рудного фронту порвняно з поперечними панелями на уступах збльшуться у 1,5...2 рази. На каррах 4 5 типв виймання 15...25 % розкриву переноситься на заключний етап розробки родовищ. При цьому прям зазди залзниц можлив на глибину 150...200 м. Роботи ведуться з поточним коефцнтом розкриву близьким до граничного.

Виконано грничо-геометричне моделювання розробки синклнальних складок каррами 1, 3 6 типв. Шляхом моделювання систем розробки установлено, що при кут схилу покладв до 15...180 породи розкриву повнстю розмщуються у виробленому простор карра глибиною понад 150 м. Зростання кута схилу до 300 потребу перемщення у зовншн вдвали 10...36 млн м3 розкриву (в основному пухкого). При кутах схилу 30...360 вмщуюч породи обмом 52...58 млн м3 тимчасово складуються на земнй поверхн в контурах каррного поля, або в рухомй зон з наступною переекскавацю у вироблений простр. Глибина переходу на внутршн вдвалоутворення 200 м. Довжина промжного горизонту в карр для внутршнього вдвалоутворення пд час розвитку грничих робт по кожному крилу родовища знаходиться у межах 830 м, тльки по одному крилу - 1660 м.

При розробц крутозалягаючих родовищ горизонт тимчасового вдвалоутворення слд розмщувати на глибин 150...200 м. При цьому його довжина змнються вд 3,5 км - для покладв потужнстю 200 м, до 0,7 км - для родовищ потужнстю 1200 м. Для пдвищення ефективност використання виробленого простору верхню площадку постйного вдвалу рекомендуться вдсипати на 60...100 м вище земно поверхн. Вдповдно до необхдно потужност видобування сиро руди з мнмальними витратами на грничотранспортн роботи рекомендуються технолог з внутршнм вдвалоутворенням у таких напрямках.

Карри 1 типу засипаються вдходами виробництва нших пдпримств псля повно вдробки.

Карри 2 типу переходять на внутршн вдвалоутворення у заключний перод вдробки, псля чого засипаються вдходами з стороннх джерел.

Карри 3 6 типв з темпом поглиблення до 10 м/р. переходять на внутршн вдвалоутворення при повнстю сформованому виробленому простор в зон поглиблення. Вийнята з не порода розкриву роздльно складуться на земнй поверхн в контурах каррного поля при подальшй розробц родовища переекскавовуться сумсно з вмщуючими породами поточного виймання у вироблений простр.

Карри 4 5 типв з темпом поглиблення бльше 10 м/р. вдрзняються вд каррв 3 6 типв необхднстю формування рухомо зони, де на промжному горизонт можливо тимчасово розмщувати вмщуюч породи з подальшою переекскавацю х у вироблений простр.

На пдстав теоретичних розробок для карра ПГЗК виконано календарний план виходу на проектн показники до 2003 р. Середнй коефцнт розкриву становить 1,14 м3/т. Рчне поглиблення грничих робт 10,5 м. При цьому термн виконання грничих робт зменшено у 2 рази.

РОЗДЛ 4. Розробка та удосконалення технолог вибухового подрбнення порд пд час нтенсивного формування виробленого простору

Методом атомно-абсорбцйного аналзу дослджена ступнь забруднення земель навколо Пвденного, Новокриворзького та Полтавського ГЗК. Зразки грунту масою 500...600 г вдбирались на глибин 0, 10, 30 60 см на вдстан 1, 3, 5 10 км вд карра по 6...8 румбам вдповдно сторн свту. Для порвняння в якост зональних грунтв (контроль) вибран с. Бабайквка Днпропетровсь-ко област у 250 км вд Кривбасу та с. Пронзовка Полтавсько област - у 80 км вд ПГЗК. Установлено, що в Кривбас грунти забруднен залзом, мддю, цинком, свинцем нкелем, концентраця яких незначно перевищу ГДК. Порвняно з контролем грунти Кривбасу забруднен залзом у 5...9 разв бльше. нш мкроелементи перевищують контроль у 1,5...2 рази тльки кадмй - у 3...8 разв. При цьому велика роль у забрудненн грунту належить не тльки каррам, дробильно-збагачувальним та аглофабрикам ГЗК, але й металургйним та коксохмчним заводам, ТЕЦ сльському господарству.

Наприклад, забруднення мсцевост навколо ПГЗК порвняно з Кривбасом нижче по залзу в 20...35 разв, з нших елементв - приблизно удвч. Так елементи як кадмй, кобальт, хром нкель практично вдсутн. Оскльки залзо не небезпечним забруднювачем грунту полпшу його структуру разом з кварцем, що випада з пилогазово хмари при вибухах пилнн хвостосховищ, вплив його на навколишн земл при внутршньому вдвалоутворенн розкриву можна не враховувати. Однак, незвязаний дрбнодисперсний кварцевий пил у атмосфер небезпечним для людей тварин.

Здйснено аналз пилогазових викидв стацонарних та нестацонарних обктв ГЗК. Установлено дисперсний та хмчний склад пилу газв. Уловлювання пилу при дробленн, збагаченн та окускуванн рзними пристроями досяга 99 %. Однак, оксиди вуглецю й азоту, пил гази каррв, вдвалв, хвостосховищ складв готово продукц викидаються в атмосферу без попереднього очищення. На приклад ПГЗК установлено, що питома вага викиду пилу при виконанн буропдривних робт у карр становить 18,1 %; дробленн та подрбненн руди - 3,7 %; окускуванн концентрату - 23 %; складуванн розкриву, окатишв щебню з порд розкриву - 19,4 %; складуванн вдходв збагачення - 34,4 %. У цлому по ГЗК основним джерелом пилогазовикидв окускування концентрату та теплопостачання - 46,1 %; карри - 16,4 % хвостосховища - 22 %.

Одним з основних джерел викиду пилу при масових вибухах зона пластичних деформацй на контакт “заряд-порода”, обм яко залежить вд бризантност ВР. Використання для руйнування грсько маси ВР з високим вмстом тротилу вдрзняться високими витратами та видленням великих обмв токсичних газв, приводить до переподрбнення породи в зонах пластичних деформацй та пдвищеного виходу пилових частинок. В умовах стисненого простору зони поглиблення це призводить до небезпечних ситуацй.

З участю автора розроблено завдання на проектування та побудову (у 1991 р.) на ПГЗК дльниц для виготовлення водовмщуючих ВР типу акватол Т-20, а в подальшому його нових модифкацй. Порвняно з гранулотолом вибух акватола Т-20 характеризуться меншим на 25...40 % обмом викиду отруйних газв на 20...25 % пилу. Формування комбнованих свердловинних зарядв з водовмщуючих ВР в обводненй частин та амаково-селтряних - в сухй дозволя використовувати ефект вибухових навантажень, що повторюються. Дослди показали, що модернзован ВР типу акватол Т-15м Т-10м за своми характеристиками вдповдають найбльш розповсюдженим ВР типу грамонтв. Зменшення тротилу в х склад деклька послабило вихдн параметри акватолв Т-15м Т-10м порвняно з акватолом Т-20. Зокрема, швидксть детонац модернзованих акватолв становить 4,5...4,8 км/с проти 5...5,5 км/с для акватола Т-20. Теплота вибуху знизилась з 3941 до 3360 2364 Кдж/кг вдповдно для акватолв Т-15м Т-10м. Але це практично не позначилось на працездатност модернзованих ВР, яка становила 0,95 для Т-10м; 1,05 - для Т-15м 1,1 - для Т-20 порвняно до еталонно ВР (грамонта 79/21). Яксть подрбнення та проробки пдошви уступв задовльна. Вихд грсько маси крупнстю бльше 400 мм у цлому не перевищував 12...16 %.

Аналз даних дослджень да пдстави для планування використання водовмщуючих ВР типу акватол Т-20 та нших у наступних напрямках:

Для руйнування необводнених порд верхнх горизонтв у карр - грамонт 79/21 ВР найпростшого складу типу гдантв та його модифкацй з горючими домшками 20...25 % за обмом. Для обводнених порд середньо та порд вище середньо мцност - це акватоли Т-20, Т-15м Т-10м в обм 50...60 % вд загального споживання. Для мцних порд частково використовують гранулотол.

Застосування водовмщуючих ВР типу Т-20 дозволило знизити викид небезпечних речовин по пилу в 2...3 рази, по газам - у 1,5...2 рази. При цьому х максимальн приземн концентрац складають з пилу - 0,48 мг/м3; з оксиду вуглецю - 0,16 мг/м3; з оксидв азоту - 0,067 мг/м3. У 1998 р. використано для руйнування грських порд 4350 т водовмщуючих ВР. Завдяки цьому використання грамонта 79/21 зменшено до 30 %, а тротилу - виключено до мнмуму. Керування процесом дроблення порд аеродинамкою вибуху досягаться за рахунок рацонально конструкц та набиванням свердловинного заряду. Ефект “запирання” продуктв вибуху ВР забезпечуться комбнованими внутршнм зовншнм набиванням, а також створеним рзнограднтним навантаженням масиву за рахунок використання у свердловинному заряд ВР з рзними швидкостями детонац. Економчний ефект вд використання нових ВР конструкц свердловинних зарядв у 1998 р. склав 2,5 млн грн.

РОЗДЛ 5. Установлення рацональних параметрв екологчно орнтованих грничотранспортних комплексв закономрност х змн в глибоких каррах

Динамка розвитку залзорудних каррв у простор характерна систематичним збльшенням глибини грничих робт, яка обумовлю не тльки обми виймання грсько маси, але й вид транспорту, а також вдстань для перемщення. Оскльки первсне мсце розкриття та пдготовки до експлуатац горизонтв у подальшому не змнються, ефективнсть збльшення кутв укосу робочих бортв карра , як наслдок, зменшення поточних обмв розробки порд розкриву, а також трасування транспортних комункацй знаходяться у тсному взамозвязку з технчними характеристиками рухомого складу.

Найбльшою нтенсивнстю видлення небезпечних газв та пилу вдзначаються великовантажн автосамоскиди, як експлуатуються в глибиннй частин робочо зони. Збльшення вдстан транспортування призводить до зросту пилння автошляхв. У цьому звязку зниження вдстан руху автосамоскидв призводить не тльки до рзкого скорочення собвартост перевезення грсько маси, але й сприя суттвому зменшенню пилогазового забруднення каррно атмосфери. Оскльки аналтично важко визначити змну показникв роботи автосамоскидв залежно вд утворених грничотехнчних умов, х значення можливо установити шляхом хронометражного нагляду. Так, наприклад, у карр ПГЗК при обм виборки з 591 значення змнна продуктивнсть автосамоскида П1 (т) П2 (ткм) описуться такими рвняннями множинно регрес

П1 = -716 + 388 - 1,3 На + 396 Та; R1 = 0,72 ;

П2 = - 968 + 625 - 3,2 На + 514 Та; R2 = 0,83 , (8)

де - вдстань перевезення грсько маси, км;

На - висота пдйому вантажу, м;

Та - час роботи автосамоскида протягом змни, год;

R1, R2 - коефцнти множинно кореляц.

Середня вдстань автомобльних перевезень корелю з На та уклоном автошляхв iр (дол од.) описуться рвнянням

= 1,1 + 13 10-3 На - 1,1 10-3 iр ; при R = 0,7 . (9)

Як видно з табл. 2 нтенсивнсть вантажопотоку автосамоскидв суттво залежить вд вдстан перевезень максимальна для довжини 0,8...1 км. При збльшенн вдстан вона рзко знижуться для середнього значення по карру 2,3 км зменшуться приблизно удвч. Крм того, низька продуктивнсть автотранспорту пояснються малим часом його експлуатац протягом змни.

Аналогчн дослди показують, що питом витрати пального з розрахунку на 1 ткм/змну дф (л) описуться наступним рвнянням

дф = 158,5 - 0,13 - 0,12 На , (10)

при середнх показниках дф.ср = 145,5; = 3,2;

На.ср = 103,7; Rср = 0,63; R = 0,42; RНа = 0,21.

Пропорцйно витратам палива при рус автосамоскидв видляються небезпечн гази та сажа. Оскльки при збльшенн вдстан транспортування викиди газв зменшуються, проритетним для полпшення умов роботи автотранспорту все ж таки продуктивнсть, яка за свом зростом (1,5...2 рази) превалю над нтенсивнстю забруднення атмосфери (4...6 %). На цй основ рекомендуться експлуатувати автосамоскиди на вдстан 0,8...1,2 км.

Таблиця 2

Показники роботи автосамоскидв НД-1200 БлАЗ-7519 в карр

ПГЗК за змну

Вд-

стань

пере-

везень,

км | Кль-

ксть

зам-

рв | Перевезено

грсько маси,

т | Вдроблено

часу, год | нтен-

сивнсть

вантажо-

потоку,

т/год | Видлення небезпечних

речовин, кг

СО NO SO2 Сажа

0,8- 1

1,1-1,6

1,7-2,4

2,5-3,4

3,5-4,4

У серед-

ньому

по

кар-

ру 2,3 |

13

44

49

68

23

197 | 22515/1732

55858/1270

41378/844

52429/771

18078/786

190258/9658 | 50,5/3,9

200,2/4,6

182,7/3,7

276,9/4,1

90,8/3,9

801,1/4,1 | 445,8

279

226,5

189,3

199

237,5 | 564 948 756 94,5

4,7 7,9 6,3 0,8

550 936 744 92,4

4,6 7,8