МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЛУЦЕНКО СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 622.271:658.3

ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМУ ГІРНИЧИХ РОБІТ ПРИ ЗМІННИХ

ПАРАМЕТРАХ І ІНТЕНСИВНОСТІ ВІДПРАЦЮВАННЯ

ДІЛЯНОК ЗАЛІЗОРУДНОГО КАР’ЄРУ

Спеціальність 05.15.03 – відкрита розробка родовищ корисних копалин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Криворізькому технічному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

ПИЖИК Микола Миколайович,

Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

доцент кафедри відкритих гірничих

робіт.

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

КОВАЛЬЧУК Віктор Анатолійович,

Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри економіки,

організації та управління підприємствами;

кандидат технічних наук, доцент

ПАНЧЕНКО Валерій Васильович,

Національний гірничий університет

Міністерства освіти і науки України

(м. Дніпропетровськ),

професор кафедри відкритих гірничих

робіт.

Захист дисертації відбудеться 11 квітня 2008 р. о 14 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 ознайомитися у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий 7” березня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор О.М.Голишев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний стан залізорудних кар'єрів Кривбасу характеризується значною їх глибиною (близько 300-380 м), яка і надалі буде збільшуватися до проектних позначок. Досвід експлуатації кар'єрів свідчить, що при їх поглибленні гірничі роботи ведуться на значній кількості горизонтів. Це призводить до збільшення загального фронту гірничих робіт у кар’єрі, який вже зараз сягає 20-25 км. Щоб забезпечити за гірничими можливостями продуктивність кар'єру на рівні проектної, а це, як правило, 20...30106 т/рік, достатнім буде активний фронт 3,5-5 км. Тому цілком зрозумілою є тенденція на сучасних кар’єрах концентрувати гірничі роботи на їх окремих дільницях. У теорії проектування така практика відома як відпрацювання кар’єрів етапами та чергами. Існуючі в цій теорії критерії та методи планування параметрів робочої зони кар’єру з урахуванням змінних якісних характеристик рудної сировини, взаємозв’язку режиму гірничих робіт з проектною потужністю потребують удосконалення. Вищевикладене обумовило актуальність наукової задачі, що полягає у встановленні залежності режиму гірничих робіт від продуктивності кар’єру, взаємозв’язку між технологічними параметрами елементів системи розробки, способу розконсервації тимчасово неробочих ділянок бортів та параметрами внутрішнього відвалоутворення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертацію виконано згідно з основними напрямками Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року та тематики УГР-КТУ/ 2-590-05 (№ державної реєстрації 0106U001150).

Мета роботи – підвищити ефективність експлуатації залізорудних родовищ шляхом відпрацювання кар’єру ділянками розконсервації з внутрішнім відвалоутворенням.

Ідея роботи полягає у визначенні режиму гірничих робіт кар’єру шляхом зміни інтенсивності відпрацювання його ділянок, постановки цих ділянок у тимчасово неробоче положення й їх розконсервації та здійснення процесу внутрішнього відвалоутворення розкривних порід.

Для досягнення поставленої мети в дисертації сформульовано такі основні задачі досліджень:

- аналіз теорії та практики визначення і регулювання режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів;

- дослідження режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів та обґрунтування критерію його оцінки;

- розроблення способу постановки ділянок бортів кар’єру у тимчасово неробоче положення та їх розконсервації;

- обґрунтування раціональних параметрів консервації розкривних порід;

- розроблення методики визначення режиму гірничих робіт при змінних параметрах та інтенсивності відпрацювання ділянок залізорудного кар’єру.

Об’єкт досліджень – режим гірничих робіт глибоких кар’єрів.

Предмет досліджень – параметри елементів системи розробки та методи регулювання режиму гірничих робіт у кар’єрі.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої мети в роботі використані

такі методи: аналіз літературних джерел, патентних матеріалів і досвіду проектування кар'єрів - для визначення задач досліджень; аналітичний, графоаналітичний і графічний методи досліджень - для обґрунтування варіантів режиму та критерію оцінки гірничих робіт; аналітичний і графоаналітичний методи досліджень - для обґрунтування параметрів консервації розкривних порід і внутрішнього відвалоутворення, а також їх взаємозв’язку з параметрами режиму гірничих робіт; техніко-економічний аналіз технологічних процесів гірничого виробництва й основних показників роботи гірничовидобувних підприємств - для обґрунтування методики визначення раціонального режиму гірничих робіт.

Основні наукові положення.

1. Планування режиму гірничих робіт у кар’єрі необхідно здійснювати шляхом мінімізації відхилень планових (за процесом збагачення) показників співвідношення видобутку технологічних сортів руд від їх розрахункових значень.

2. Відпрацювання залізорудних родовищ необхідно здійснювати виділеними за глибиною горизонтальними шарами товщі порід кар’єру шляхом регулювання інтенсивності їх відпрацювання, параметри якої повинні забезпечувати мінімізацію запропонованого критерію.

Наукова новизна одержаних результатів:

- удосконалено критерій оцінки та вибору раціонального варіанта режиму гірничих робіт, який враховує його взаємозв’язок з проектною продуктивністю кар’єру;

- уперше запропоновано визначати режим гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів за горизонтальними шарами відпрацювання гірничих порід, висота яких визначається глибиною консервації розкривних порід і залежить від робочих параметрів гірничого обладнання;

- уперше враховано взаємозв’язок параметрів елементів системи розробки з параметрами консервації розкривних порід і параметрами внутрішнього відвалоутворення.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень і висновків дисертаційної роботи підтверджується: використанням основних положень теорії і практики відкритих гірничих робіт; коректністю застосування сучасних методів економічної оцінки ефективності відкритої розробки родовищ корисних копалин, аналітичних і графічних методів дослідження; техніко-економічним аналізом виробництва залізорудної товарної продукції.

Наукове значення роботи полягає у розвитку теоретичних уявлень та практичних напрацювань у напрямку визначення режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів, які дозволяють підвищити якість проектних робіт.

Практичне значення роботи полягає в:

- розробленні способу постановки бортів карєру у тимчасово неробоче положення та їх розконсервації;

- розробленні технології внутрішнього відвалоутворення при поетапному відпрацюванні глибоких карєрів;

- розробленні методики планування режиму гірничих робіт при змінній інтенсивності відпрацювання ділянок залізорудного кар’єру.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Запропонований у дисертаційній роботі критерій оцінки варіантів режиму гірничих робіт і методику визначення раціонального режиму гірничих робіт глибоких кар’єрів передбачено використати інститутом „Кривбаспроект” при визначенні режиму гірничих робіт кар’єрів ВАТ „Міттал Стіл Кривий Ріг”. Очікуваний економічний ефект від використання результатів дисертаційної роботи становить 5,2 млн. грн./рік

Особистий внесок автора. Автором самостійно сформульовано ідею роботи, її мету та задачі досліджень, а також основні наукові положення, наукову новизну й практичне значення роботи.

Конкретний особистий внесок здобувача в роботах, опублікованих у співавторстві, полягає у тому, що: [1] – виконано теоретичні дослідження та аналіз результатів; [2] – виконано теоретичні й аналітичні дослідження.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на міжнародних науково-технічних конференціях „Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості”, м. Кривий Ріг, 2004-2006 рр.; на Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми комплексного освоєння надр”, м. Дніпропетровськ, 2006 р.

Публікації. Основний зміст виконаних досліджень опубліковано в 4 друкованих роботах, з яких 3 - у наукових фахових виданнях. З числа останніх – 3 одноосібні роботи. Результати розробок захищені 1 патентом України.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, висновку й списку використаної літератури з 91 найменування; містить 152 сторінки машинописного тексту, з яких 15 таблиць і 67 рисунків, а також 2 додатки. Основний зміст викладено на 103 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, ідею і задачі досліджень, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено основні наукові положення, що виносяться на захист, дані про публікації, апробацію і впровадження розробок і результатів досліджень, наукове та практичне значення роботи.

У першому розділі розглянуто сучасний стан гірничих робіт у кар’єрах Кривбасу.

Виконано аналіз літературних джерел з питання теоретичних основ і методів оцінки та вибору режиму гірничих робіт. Наукові розробки в даній галузі велись безперервно, тому накопичено суттєвий досвід. Значний внесок у розв’язання цієї проблеми внесли вчені-гірники: Ю.І.Аністратов, О.І.Арсентьєв, В.Ф.Бизов, В.Г.Близнюков, Ж.В.Бунін, Ю.Г.Вілкул, О.Л.Грицай, І.Л.Гуменик, А.Ю.Дриженко, В.О.Завсегдашній, В.А.Ковальчук, В.М.Коробко, В.П.Ліньов, Н.В.Мельников, O.М.Михайлов, М.Г.Новожилов, Б.К.Оводенко, В.В.Панченко, С.П.Решетняк, В.В.Ржевський, В.С.Хохряков, П.Т.Церенщиков, Б.П.Юматов, Л.В.Якубенко та ін.

Аналіз літературних джерел з питання теоретичних основ і методів оцінки та вибору режиму гірничих робіт свідчить, що більшість досліджень спрямовано на розроблення способів етапної розробки, раціональних схем розконсервації тимчасово неробочих бортів, параметрів концентрації гірничих робіт і методів їх визначення. При цьому існуючі методи оцінки режиму гірничих робіт не в повній мірі враховують взаємозв’язок між технологічними параметрами елементів системи розробки, способу розконсервації тимчасово неробочих бортів і параметрами внутрішнього відвалоутворення, а також між режимом гірничих робіт і продуктивністю кар’єру.

Другий розділ дисертаційної роботи присвячено удосконаленню критерію оцінки і вибору варіантів режиму гірничих робіт залізорудних кар’єрів, а також розробленню способу розконсервації тимчасово неробочих бортів.

На даний момент коефіцієнт гірничої маси є основним технологічним критерієм оцінки режиму гірничих робіт у практиці проектування кар’єрів. Він дає об’єктивну оцінку об’ємно-якісним показникам при виборі режиму гірничих робіт. На відміну від раніше використовуваних критеріїв відносної оцінки варіантів розробки цей показник враховує ступінь освоєння різних видів корисної копалини родовища. На умовному прикладі залізорудного кар’єру було визначено раціональний напрямок поглиблення за коефіцієнтом гірничої маси М і відбудовано діаграму виробничої потужності кар’єру за роками (рис. 1). З діаграми за її мінімальним рівнем було визначено максимально можливу стійку виробничу потужність кар’єру.

Рис. . Динаміка об’ємів виробництва концентрату при плануванні режиму гірничих робіт за критерієм М>min:

1 – плановий рівень виробництва концентрату;

2 – рівень максимально можливої стійкої продуктивності кар’єру

З діаграми видно, що перепади продуктивності кар’єру за роками відносно планової продуктивності досягають великих значень - понад 35%, при цьому комбінат втрачає 0,85 млн. т/рік концентрату. У результаті досліджень встановлено, що коефіцієнт гірничої маси у процесі вибору режиму гірничих робіт не враховує його взаємозв’язок з продуктивністю кар’єру.

Практика роботи збагачувальних фабрик ГЗК показала, що для забезпечення стійких технологічних показників збагачення необхідне рівномірне постачання млинів шихтою руд з чітко визначеним співвідношенням залізовмісних мінералів, близьких за текстурно-структурними ознаками і фізико-механічними властивостями. Тобто, для забезпечення нормальної роботи збагачувальної фабрики і гірничо-збагачувального підприємства в цілому необхідно здійснювати видобування різних технологічних сортів руди в заданій, відповідно до плану, пропорції. Будь-які відхилення відповідних сортів руди від їхніх планових об'ємів призведуть до погіршення якості концентрату або зміни його виходу і будуть характеризуватися додатковими витратами: у період перевищення об'ємів видобутку над об'ємами використання – на створення техногенних складів; у період браку корисної копалини – на їх розбирання.

Коефіцієнт гірничої маси цих додаткових витрат не враховує. Тому було запропоновано новий критерій, в основу якого покладено ідею здійснювати оцінку варіантів режиму гірничих робіт за мінімальними відхиленнями розрахункових об'ємів видобутку різних технологічних сортів руди від їх оптимального співвідношення, яке визначається процесом збагачення. Тобто, пропонується виконувати порівняльну оцінку варіантів режиму гірничих робіт, що розглядаються, за величиною відхилення значення розрахункового валового прибутку від його планового значення:

ДП(t) =(Ппл(t) – Пр(t)) +((Ппл(j) – Пр(j))Кз.в) > min,

де ДП(t) - відхилення розрахункового валового прибутку від планового на t-му кроці планування режиму гірничих робіт, грн.;

Ппл(t),Пр(t) - відповідно плановий і розрахунковий прибуток від реалізації продукції на t-му кроці планування, грн.;

Ппл(j) , Пр(j)) - відповідно плановий і розрахунковий прибуток від реалізації продукції за всіма подальшими j-ми кроками планування, грн.;

T - тривалість планового періоду (етап планування), років; відповідно до норм технологічного проектування величина етапу планування повинна перебувати у межах 8-10 років;

Кз.в. - коефіцієнт, який враховує лінійне зростання витрат за роками на виробництво концентрату і його ціни.

При цьому за планові приймаються витрати, які відповідають режиму гірничих робіт з поточними об'ємами видобутку технологічних сортів руди, які дорівнюють економічно доцільним об'ємам їхнього використання. Тоді валовий плановий прибуток складе:

Пв =, грн.,

де Дt – доход від реалізації товарної продукції (концентрату) на t-му кроці планування, грн.;

Вt - витрати на виробництво товарної продукції на t-му кроці планування, грн.;

Т – тривалість планового періоду (етап планування), років.

Дt = , грн.;

Вt =;

В(і) = , грн.;

ПВ= - -, грн.,

де Рвид(і) = Рвик(і) - поточний об'єм видобування руди i-го сорту, який дорівнює раціональному з його використання, т;

В(і) - витрати на видобування руди i-го сорту без витрат на розкриття, грн.;

г - вихід концентрату з руди, яка подається на збагачувальну фабрику, %;

ц - ціна концентрату, грн./т;

Свид(і) - собівартість видобування i-го сорту руди, грн./т;

Сп - собівартість переробки руди у концентрат, грн./т;

Стр - собівартість транспортування гірничої маси, грн./т·км;

Nк.к - кількість видів корисної копалини;

lтр - відстань транспортування руди і-го сорту, км.

Щодо планового прибутку розрахунковий валовий прибуток дорівнює:

ПВр =(---V(t)Ср.р) , грн.,

де – розрахункові витрати на видобування руди i-го сорту руди на t-му кроці планування без витрат на розкриття, грн.;

г(t) - вихід концентрату з руди, яка подається на збагачувальну фабрику на t-му кроці планування, част. од.;

Рвик(і) - об'єм використання руди i-го сорту на t-му кроці планування, т;

V(t) – об’єм розкривних порід, який видобувається на t-му кроці планування, м3;

Ср.р – собівартість проведення розкривних робіт, грн./м3.

Розрахункові витрати на виробництво товарної продукції з i-го сорту руди можуть дорівнювати:

а) за умови Рвид(і)>Рвик(і)

=+, грн.,

де Cу(і) - собівартість укладання руди i-го сорту в тимчасовий склад, грн./т;

б) за умови Рвид(і) < Рвик(і)

=, грн.,

де ДРвид(і) = Рвик(і)–Рвид(і) - об'єм видобування руди i-го сорту з техногенного складу, т;

Ср(і) - собівартість розбирання техногенного складу руди i-го сорту, грн./т;

в) за умови Рвид(і)+ДРвид(і)< Рвик(і), якщо в один із періодів роботи кар'єру не можна вийняти руди в достатній кількості з кар'єру і техногенного складу

=+

++, грн.,

де ДР?вид(і)= Рвик(і)–(Рвид(і)+ДРвид(і)) - об'єм руди i-го сорту, який видобувається на іншому кар'єрі;

Цр(і) - ринкова ціна руди i-го сорту, грн./т;

г) за умови Рвид(і)+ДРвид(і)=0

= , грн.,

де ДР?вид(і)= Рвик(і) - поточний об'єм видобутку руди i-го сорту на іншому кар'єрі, який дорівнює раціональному з його використання, т.

Запропонований критерій дозволяє здійснювати оцінку варіантів не тільки з позиції поточного кроку планування, а всього періоду в цілому, тобто дозволяє урахувати результати наслідків рішення, що приймається на кожному кроці планування.

За цим критерієм було визначено раціональний напрямок поглиблення і складено діаграму продуктивності кар’єру за роками (рис. 2). З діаграми видно, що критерій за рахунок стабілізації об’ємів сортів руди на рівні проектних підіймає рівень максимально можливої стійкої продуктивності кар’єру. Тобто розроблений критерій враховує взаємозв’язок режиму гірничих робіт і продуктивності кар’єру та у процесі планування режиму дозволяє досягти максимального наближення до плану за технологічними сортами руди.

Рис. . Динаміка об’ємів виробництва концентрату при плануванні режиму гірничих робіт за критерієм ДП > min: 1 – плановий рівень виробництва концентрату; 2 – рівень максимально можливої стійкої продуктивності кар’єру

При збільшенні глибини кар’єрів значно зростають об’єми виймання розкривних порід. У зв’язку з цим регулювання режиму гірничих робіт зміною напрямку розвитку робіт є малоефективним.

Дослідженнями доведено, що збільшення кута укосу робочого борту кар’єру збільшує ефективність розробки родовищ. Воно досягається за рахунок збільшення висоти уступів або зменшення ширини робочих площадок. Однак габарити й технологічні схеми роботи сучасного гірничотранспортного обладнання не дозволяють досягти істотного збільшення кута нахилу робочого борту. Ефективний перерозподіл у часі об’ємів виймання розкривних порід, який є метою збільшення кута нахилу робочого борту, досягається за рахунок залишення тимчасових ціликів.

Крім цього, при розробці глибоких залізорудних родовищ для зменшення довжини фронту гірничих робіт існує необхідність концентрувати гірничі роботи на окремих ділянках робочої зони кар’єру. Такими ділянками можуть бути горизонтальні шари гірничих порід, на які розбивається уся товща порід кар’єру. Регулювання режиму гірничих робіт забезпечується за рахунок зміни інтенсивності відпрацювання виділених за глибиною технологічних шарів гірничих порід. У даному випадку робочий борт кар’єру в поперечному перерізі зображується ламаною лінією, відрізки якої є почерговими по висоті укосами тимчасових ціликів і робочих зон - ділянок концентрації. При цьому висота технологічних шарів залежить від оптимальної висоти консервації розкривних порід, яка визначається способом постановки ділянки борту кар’єру у тимчасово неробоче положення і її розконсервації.

Як показала практика, найбільше поширення одержала схема розконсервації тупиковим експлуатаційним вибоєм з нижнім навантаженням гірничої маси в засоби автомобільного транспорту, тому що при її застосуванні швидкість розконсервації збільшується, а собівартість робіт зменшується.

Недоліком даного способу є те, що роботи в першій західці проводяться в обмежених умовах, тобто екскаватор працює в тупиковому експлуатаційному вибої. Особливістю тупикового експлуатаційного вибою є вузька західка, що дозволяє встановлювати транспортні засоби під навантаження тільки позаду екскаватора, в результаті чого кут розвороту екскаватора збільшується до 150-170 і відповідно подовжується час робочого циклу. Крім цього, знижується значення коефіцієнта забезпечення вибою порожняком (коефіцієнта використання екскаватора в часі) з 0,8 до 0,65. Це призводить до зниження продуктивності екскаватора на 20-25 % і збільшення часу відпрацьовування даної ділянки ТНБ, внаслідок чого вона може розглядатися як обмежуюча з підготовки нових горизонтів, що у свою чергу призводить до зниження продуктивності за гірничотехнічними можливостями.

У зв'язку з цим був розроблений спосіб постановки борту кар'єру в тимчасово неробоче положення й його подальшої розконсервації, який полягає в поділі за висотою ТНБ на дві ділянки: відпрацьовування верхньої ділянки 1 (рис. 3) екскаватором типу драглайн ЭШ 10/70 за безтранспортною схемою з укладанням гірничої маси в тимчасовий відвал, який відпрацьовується екскаваторами ЭКГ- 8И за транспортною схемою; відпрацьовування нижньої ділянки 2 екскаватором типу драглайн ЭШ 10/70 за безтранспортною схемою з відвантаженням гірничої маси у внутрішній відвал (виїмку випередження), що дозволяє знизити витрати на розконсервацію завдяки зменшенню об’єму транспортних робіт і збільшити продуктивність екскаваторів.

Висота верхньої і нижньої ділянок ТНБ визначається робочими параметрами виймально - навантажувального устаткування (у цьому випадку параметрами екскаватора ЭШ 10/70 й ЭКГ–8И), фізико-технологічними властивостями порід і параметрами елементів системи розробки. При висоті уступу 15 м висота верхньої ділянки ТНБ складе 20 м, нижньої - 40 м, сумарна висота ТНБ - 60 м.

Розроблений спосіб постановки борту кар'єру в тимчасово неробоче положення і його розконсервації дозволяє: скоротити час розконсервації на 18%, збільшити продуктивність екскаваторів при відпрацюванні тимчасово неробочого борту кар’єру, скоротити об’єм транспортних робіт, що дозволяє знизити собівартість робіт на 23%. Завдяки застосуванню внутрішнього відвалу зазначений спосіб також дозволяє скоротити площу землі, відчужену під зовнішні відвали.

Рис. . Положення ТНБ кар’єру до розконсервації: 1 - верхня ділянка ТНБ; 2 - нижня ділянка ТНБ; 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10 – уступи; 8 - виїмка випередження

Третій розділ присвячено розробленню методики визначення раціонального режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів.

В основу методики визначення раціонального режиму гірничих робіт покладено ідею - концентрувати гірничі роботи на окремих ділянках кар’єру, вертикальна потужність яких визначається висотою консервації розкривних порід і залежить від способу постановки бортів кар’єру у ТНП та їх розконсервації. Регулювати динаміку співвідношень об'ємно-якісних показників при плануванні гірничих робіт пропонується зміною інтенсивності і порядку відпрацьовування зазначених ділянок. При цьому завдяки постановці ділянок у тимчасово неробоче положення й наступній їх розконсервації можна здійснювати перерозподіл динаміки виймання об'ємів розкривних порід у часі, а також застосувати внутрішнє відвалоутворення.

Метод формування варіантів режиму гірничих робіт. Кожний шар гірничих порід розбивається на блоки, розміри яких відповідають (рис. 4): висоті шару, довжині сектора робочої зони й швидкості горизонтального просування блока (ширина блока). Кількість блоків, що відпрацьовується за рік, є величиною змінною, однак сумарний об'єм цих блоків повинен дорівнювати річному об'єму виймання гірничої маси:

Vг.м.=Ap(1+nе), м3,

де Ap - річна продуктивність кар'єру з руди, м3;

nе – експлуатаційний коефіцієнт розкриття, м3/ м3.

Рис. . Сектор кар’єру.

Ширина блоку на і-му шарі визначається з формули:

Шбл(i)=, м,

де Lс - довжина сектора робочої зони, м;

НШ - висота шару, м;

Кзаг - загальна кількість блоків, які відпрацьовуються.

Загальна кількість блоків, які відпрацьовуються, визначається за формулою:

Кзаг =,

де Кі – кількість блоків, які відпрацьовується на і-му шарі.

Формування варіантів режиму гірничих робіт здійснюється завдяки зміні кількості і порядку технологічних шарів, які відпрацьовуються за один проміжок часу. Крім цього, у зв’язку з тим, що на одному етапі планування гірничих робіт допускається нерівномірне горизонтальне просування шарів, то кількість блоків, яку залучають до відпрацювання, на різних шарах може бути неоднакова.

Для формування річної програми з нижчих шарів необхідно, щоб на вищих шарах було утворено випередження, розміри якого визначаються за умови:

Lвип(i)?K(i+1)Шбл(i+1)-K(i) Шбл(i).

Якщо сектор перебуває на криволінійній ділянці кар'єру й шари залежно від глибини розташування мають різну довжину, тоді ширина блока визначається за формулою:

Шбл(i)=. м,

де Lс(i) - довжина сектора на i-му шарі, м.

Сумарна ширина блоків, що відпрацьовують на шарі, відповідає його річному просуванню і визначається за формулою:

lг.п(і)=Шбл(і)Ki, м.

Залежно від кількості шарів і блоків, які залучають до відпрацювання за один період часу, можливі такі способи формування річних програм:

I. Формування річної програми з одного шару, Кзаг=1.

II. Формування річної програми з двох шарів:

а) при Кзаг=2;

б) при Кзаг=3;

в) при Кзаг=4.

III. Формування річної програми з трьох шарів:

а) при Кзаг=3;

б) при Кзаг=4.

IV. Формування річної програми з чотирьох шарів, Кзаг=4.

При постановці шарів у тимчасово неробоче положення річна програма формується з об’ємів гірничої маси, які відпрацьовують при погашенні цих шарів, проведенні виїмки випередження та об’ємів блоків, що відпрацьовуються на робочих шарах. При цьому варіанти просування робочих шарів формуються аналогічно описаним у пунктах I-IV.

При постановці шару в робоче положення річна програма складається з об'єму верхньої ділянки ТНБ й об'ємів блоків, що видобувають з робочих шарів.

Дослідження взаємозв’язку основних параметрів елементів системи розробки зі способом розконсервації тимчасово неробочих бортів.

При регулюванні режиму гірничих робіт одним із основних елементів системи розробки, від параметрів якого залежать ширина блоків, швидкість горизонтального просування по шарах і собівартість розконсервації тимчасово неробочого борту, є довжина сектора робочої зони. Як показали дослідження, при збільшенні довжини сектора собівартість розконсерваціїї зменшується. Тому при розділі робочої зони на сектори необхідно, щоб його довжина була максимально можливою.

Довжина сектора визначається:

1) виходячи з максимально можливої довжини фронту консервації за двома способами:

а) раціонального об'єму переекскавації розкривних порід усередині кар'єру;

б) продуктивності екскаватора, зайнятого на розконсервації ТНБ.

В основу способу 1а покладено розрахунковий принцип, згідно з яким собівартість виробництва кінцевої товарної продукції (концентрату) СК.О повинна бути меншою або дорівнювати значенню припустимої собівартості концентрату СК.П.. За цим принципом довжина сектора визначається за формулою:

LФК=, м, (1)

де nпер - коефіцієнт перевалки, м3/т;

Ар - продуктивність кар'єру по руді, т/рік;

Нконс - висота консервації розкривних порід, м;

ц - кут укосу робочого борту кар'єру, град;

в - кут укосу тимчасово неробочого борту кар'єру, град.

В основу способу 1б покладено розрахунковий принцип, згідно з яким об'єм консервації повинен бути меншим або дорівнювати річній продуктивності екскаватора-драглайна, зайнятого на розконсервації ТНБ Qекс

LФК=, м; (2)

2) виходячи з мінімально необхідної швидкості просування борту кар'єру при його рівномірному переміщенні.

На певному етапі планування режиму гірничих робіт кращим варіантом розвитку робочої зони кар'єру може виявитися варіант рівномірного просування усього борту. При цьому мінімальне горизонтальне просування на шарах Lг.пmin повинне бути більшим або дорівнювати нормальній ширині екскаваторної західки Aз

Lсмах=, м, (3)

де Нк – глибина кар’єру, м.

Мінімальна довжина сектора визначається довжиною екскаваторного блока й залежить від виймально-навантажувального устаткування і застосованого виду транспорту.

Дослідження динаміки формування робочої зони глибоких кар'єрів.

При розконсервації шару відбувається переміщення об'єму нижньої ділянки на шар, який розташовано нижче. Отже, шляхом декількох переміщень об'єм нижньої ділянки ТНБ можна перемістити на проектний контур дна кар'єру, тобто здійснити процес внутрішнього відвалоутворення (рис. 5). При цьому даний процес почнеться задовго до виходу гірничих робіт на проектні контури дна кар'єру.

Рис. . Принципіальна схема технології внутрішнього відвалоутворення при застосуванні розробленого способу розконсервації ТНБ:

I, II, III, IV – положення робочого борту кар’єру після розконсервації відповідно першого, другого, третього і четвертого шарів.

Об'єм переекскавації визначається за формулою

Vп=VнКп, м3,

де Vн - об’єм нижньої ділянки ТНБ, м3;

Кп - коефіцієнт переекскавації, тобто кількість переміщень об'єму Vн.

В основу визначення раціонального об'єму переекскавації покладено розрахунковий принцип, згідно з яким протягом усього залишкового періоду експлуатації кар'єру витрати на переміщення об'єму нижньої ділянки ТНБ за допомогою переекскавації на кінцеві контури дна кар'єру повинні бути меншими або дорівнювати витратам на транспортування цього ж об'єму у зовнішні відвали (Втр?Вп).

Коефіцієнт перекскавації визначається з виразу:

Кп=,

де Ср.р - собівартість проведення розкривних робіт, грн./м3;

Со - собівартість переекскавації гірничої маси у вироблений простір виїмки випередження, яка враховує планування площадки на кожному шарі, що розконсервується, грн./т.

Методика визначення раціонального варіанта режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів. Вихідними даними для розв’язання завдання вибору раціонального режиму гірничих робіт є поздовжній і поперечний геологічний розрізи родовища, а також погоризонтні плани, на яких нанесено сучасне положення бортів і проектні контури кар'єру.

Загальна методика розрахунків така:

1. Визначається довжина сектора кар’єру Lс за формулами 1-3.

2. У межах робочої зони, згідно визначеної довжини, виділяються сектори.

3. Уся товща гірничих порід розбивається на шари, висота яких визначається способом розконсервації ТНБ. При цьому висота нижнього шару визначається розмірами виїмки випередження.

4. Визначається річний об’єм виймання гірничої маси Vг.м.

5. Формуються варіанти режиму гірничих робіт кожного сектора.

6. У кожному варіанті необхідно додержуватися умов розрахункового принципу: економічно доцільним є той варіант режиму гірничих робіт, поточний коефіцієнт розкриття якого менший або дорівнює граничному коефіцієнту nт?nгр.

7. На кожному етапі планування гірничих робіт для кожного шару, який знаходиться у тимчасово неробочому положенні, розраховується максимально можлива довготривалість консервації tвmax.

8. Розраховується значення критерію оцінки та вибору ДП.

У четвертому розділі подано апробацію результатів досліджень для умов кар’єру №2 біс ВАТ „Міттал Стіл Кривий Ріг”.

Результати досліджень передбачено використати інститутом „Кривбаспроект” при регулюванні режиму гірничих робіт кар’єрів №2 біс та №3.

Розрахунок економічного ефекту виконано для умов кар’єру №2 біс у межах зони впливу характерного поперечного розрізу 16б – 16б як різниця між приведеним валовим прибутком від реалізації концентрату за запропонованим варіантом і приведеним валовим прибутком за базовим варіантом. Ця різниця у процентному співвідношенні складає 30,5%.

Економічний ефект отримано за рахунок збільшення об’ємів виробництва концентрату на 0,17 млн. т/рік внаслідок стабілізації річних об’ємів видобування технологічних сортів руди щодо проектних рівнів їх використання.

Очікуваний економічний ефект від використання результатів дисертаційної роботи складає 5,2 млн. грн./рік

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій дано розв’язання актуальної наукової задачі, що полягає у встановленні залежності режиму гірничих робіт від продуктивності кар’єру, взаємозв’язку між технологічними параметрами елементів системи розробки, способу розконсервації тимчасово неробочих бортів та параметрами внутрішнього відвалоутворення. Розв’язання цієї задачі дозволило розробити методику визначення раціонального варіанта режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів. Застосування розробленої методики підвищує ефективність розробки родовищ корисних копалин відкритим способом.

Найбільш важливі наукові та практичні результати роботи полягають у тому, що:

1. Аналіз теорії та практики визначення і регулювання режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів показав, що існуючі критерії та методи його оцінки не в повній мірі враховують залежності: режиму гірничих робіт від проектної продуктивності кар’єру, параметрів елементів системи розробки та внутрішнього відвалоутворення від способу розконсервації ТНБ.

2. Регулювання режиму гірничих робіт необхідно здійснювати за запропонованим критерієм, в основу якого покладено ідею виконання оцінки варіантів за мінімальними відхиленнями поточних об'ємів видобутку різних технологічних сортів руди від їх планового співвідношення, яке визначається процесом збагачення. Цей критерій враховує залежність режиму гірничих робіт від продуктивності кар’єру.

3. Встановлено, що відомі способи розконсервації ТНБ не забезпечують задану інтенсивність гірничих робіт у період реконструкції борту кар’єру, що може призвести до обмеження виробничої потужності кар’єру з гірничотехнічних умов. Постановку бортів кар’єру у тимчасово неробоче положення та їх розконсервацію необхідно здійснювати за розробленим способом, який полягає в поділі тимчасового борту за висотою на дві ділянки – верхню і нижню. Відпрацювання цих ділянок здійснюється екскаватором типу драглайн за безтранспортною схемою. Гірнича маса верхньої ділянки укладається у тимчасовий відвал, а нижньої - у виїмку випередження. Спосіб дозволяє скоротити час реконструкції борту на 18%, та знизити собівартість розконсервації на 23%.

4. При поетапній розробці глибоких кар’єрів планування режиму гірничих робіт необхідно здійснювати горизонтальними шарами відпрацювання товщі порід, висота яких визначається глибиною консервації і залежить від робочих параметрів гірничого обладнання.

5. Розроблено методику визначення раціонального варіанта режиму гірничих робіт при змінних параметрах і інтенсивності відпрацювання ділянок залізорудного кар’єру, яка дозволяє підвищити ефективність розробки.

6. Розроблено технологію внутрішнього відвалоутворення при поетапному відрпрацюванні глибоких кар’єів, яка дозволяє розпочати цей процес ще до виходу гірничих робіт на проектний контур дна кар’єру.

7. Параметри технології внутрішнього відвалоутворення залежать від параметрів способу розконсервації тимчасово неробочих бортів і робочих параметрів гірничого обладнання.

8. Очікуваний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи на кар’єрах ВАТ „Міттал Стіл Кривий Ріг” складає 5,2 млн. грн./рік

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ

ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

1. Пыжик Н.Н., Луценко С.А. Обоснование критерия оценки и выбора режима горных работ железорудных карьеров // Разработка рудных месторождений- Вып. 88. - Кривой Рог, 2005. - С.7-10.

2. Патент на корисну модель України № 4375, 7Е21С41/00. Спосіб встановлення борта кар’єру в тимчасово непрацююче положення і його розконсервації / Пижик М.М., Луценко С.О.; Заявлено 05.04.2004; Опубл. 17.01.2005, Бюл. №1.

3. Луценко С.А. Новая технология постановки бортов карьера во временно нерабочее положение и их расконсервации // Вісник Криворізького технічного університету. - Вып. 11. - Кривой Рог, 2006. - С.6-9.

4. Луценко С.А. Методика оптимизации режима горных работ глубоких карьеров // Разработка рудных месторождений - Вып. 90.- Кривой Рог, 2006.- С. .

5. Луценко С.А. Технология внутреннего отвалообразования при поэтапной отработке глубоких месторождений // Матеріали Міжнародної конференції „Форум гірників - 2006”.- Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2006. - С. .

АНОТАЦІЯ

Луценко С.О. Визначення режиму гірничих робіт при змінних параметрах і інтенсивності відпрацювання ділянок залізорудного кар’єру. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 – Відкрита розробка родовищ корисних копалин – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2008.

Дисертація присвячена удосконаленню критеріїв та методів визначення раціонального варіанта режиму гірничих робіт глибоких залізорудних кар’єрів.

Основна ідея роботи полягає у визначенні режиму гірничих робіт кар’єру шляхом зміни інтенсивності відпрацювання виділених за глибиною шарів товщі порід, постановки їх у тимчасово неробоче положення (ТНП) і розконсервації та здійснення процесу внутрішнього відвалоутворення розкривних порід.

Встановлено вплив розробленого способу розконсервації тимчасово непрацюючих бортів на параметри елементів системи розробки і внутрішнього відвалоутворення.

Розроблено критерій оцінки і вибору раціонального варіанта режиму гірничих робіт, який враховує його взаємозв’язок з продуктивністю кар’єру.

Розроблено методику визначення раціонального режиму гірничих робіт при змінних параметрах та інтенсивності відпрацювання ділянок залізорудного кар’єру.

Ключові слова: режим гірничих робіт, розконсервація тимчасово неробочих бортів, внутрішнє відвалоутворення, глибокий кар’єр.

АННОТАЦИЯ

Луценко С.А. Определение режима горных работ при изменяемых параметрах и интенсивности отработки участков железорудного карьера. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 – Открытая разработка месторождений полезных ископаемых - Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2008.

Диссертация посвящена усовершенствованию критериев и методов определения рационального варианта режима горных работ глубоких железорудных карьеров.

Изучение существующих методов и критериев выбора режима горных работ показало, что они не в полной мере учитывают взаимосвязь технологических параметров элементов системы разработки, способа расконсервации временно нерабочих бортов карьера и параметров внутреннего отвалообразования, а также режима горных работ и проектной производительности карьера. На их основе определена идея и задачи исследований.

Усовершенствован критерий оценки и выбора рационального варианта режима горных работ карьера, который учитывает его взаимосвязь с производительностью карьера. Установлено, что при разработке железорудных месторождений глубокими карьерами рациональным является режим горных работ, который обеспечивает минимальное отклонение годовых объемов выемки разных технологических сортов руды от их оптимальных соотношений, которые определяются процессом обогащения. В связи с этим обоснован оптимальный план горных работ, относительно которого осуществляется оценка вариантов режима.

Разработан способ постановки бортов карьера во временно нерабочее положение и их расконсервации, который позволяет: сократить время расконсервации, увеличить производительность экскаваторов при отработке временно нерабочего борта карьера, сократить объем транспортных работ. Сущность способа состоит в том, что временно нерабочий борт разделяют по высоте на два участка: верхний и нижний. Отработка верхнего участка осуществляется экскаватором-драглайном ЭШ 10/70 по бестранспортной схеме с укладкой горной массы во временный отвал, который отрабатывается экскаваторами ЭКГ – 8И по транспортной схеме; отработка нижнего участка осуществляется экскаватором-драглайном ЭШ 10/70 по бестранспортной схеме с укладкой горной массы во внутренний отвал (опережающую выемку). Высота верхнего и нижнего участков временно нерабочего борта определяется рабочими параметрами выемочно-погрузочного оборудования (в данном случае параметрами экскаваторов ЭШ 10/70 и ЭКГ - 8И), физико-технологическими свойствами пород и параметрами системы разработки.

Установлено влияние разработанного способа расконсервации временно нерабочих бортов на параметры элементов системы разработки и внутреннего отвалообразования.

Разработана технология внутреннего отвалообразования глубоких карьеров при поэтапной отработке месторождений. Сущность технологии заключается в последовательном перемещении объема нижнего участка временно нерабочего борта на проектный контур дна карьера.

Предложено планирование режима горных работ осуществлять горизонтальными слоями толщи горных пород, высота которых определяется технологическими параметрами способа постановки бортов карьера во временно нерабочее положение и их расконсервации.

Разработана методика определения рационального режима горных работ при изменяемых параметрах и интенсивности отработки участков железорудного карьера.

Результаты исследований предусмотрено использовать институтом “Кривбасспроект” при проектировании режима горных работ карьеров ОАО “Миттал Стил Кривой Рог”.

SUMMARY

Luzenko S.О. Definition of mountain works’ mode at the replaceable parameters and intensity of the sites base service of the iron-ore quarry. – Manuscript.

The dissertation on the reception of the scientific degree of the technical scince candidate on the speciality 05.15.03 - Open-cast mine of the mineral deposits. - Kryvyi Rih Technical University, Kryvyi Rih 2008.

The dissertation is devoted to the improvement of the criteria and methods of rational variant definition of the montain works’ mode of the deep iron-quarries.

The basic idea of work consists in planning of the quarry’s mountain works’ mode by the change of the intensity of looping courses of the layers of rocks’ thickness allocated on depth, placing them in the temporarily non-working position and depreservation, and also the realization of the process of the internal piling of the overburden rocks.

The influence of the developed way of the temporarily non-working boards’ depreservation on the parameters of the development system’s elements and internal piling is established.

The criterion of an estimation and choice of a rational variant of mountain works’ mode which takes into consideration its interrelation with productivity of the quarry is developed.

The technique of definition of the mountain works’ rational mode at changeable parameters and the intensity of the sites’ looping courses of the iron-ore quarry is developed.

Keywords: the mountain works’ mode, the temporarily non-working boards’ depreservation, internal piling, deep quarry.