Обґрунтування технологічних параметрів селективно-валової розробки родовищ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

05.15. 03 - відкрита розробка родовищ корисних копалин

ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ СЕЛЕКТИВНО-ВАЛОВОЇ РОЗРОБКИ РОДОВИЩ

ВИКОНАВ БАРАНОВ ЮРІЙ ДМИТРОВИЧ

Київ - 2009

АНОТАЦІЯ

титановий родовище геологічний гірничий

Баранов Ю.Д. Обґрунтування технологічних параметрів селективно-валової розробки родовищ. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 - відкрита розробка родовищ корисних копалин. - Національний Технічний Університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2009.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі з обґрунтування технологічних параметрів відкритої розробки розсипних титано-цирконієвих родовищ України шляхом використання закономірностей природної неоднорідності поширення мінералів розсипу по фронту гірничих робіт і розробки технології видобувних робіт у кар'єрі, що забезпечує селективно-валовий видобуток, ефективну роботу кар'єрного автотранспорту й роздільне розміщення руд по мінеральному складу.

Вперше виявлені закономірності зміни горизонтальної та вертикальної неоднорідності поширення мінералів у рудному покладі по фронту ведення гірничих робіт, встановлені межі зон з підвищеною мінералізацією різних компонентів і виконано гірничо-геометричний аналіз кар'єрного поля з застосуванням методів геоінформаційного й геологічного моделювання.

Розроблено технологію та принципові технологічні схеми селективно-валової розробки й роздільного складування титано-цирконієвих руд за мінеральним складом.

Розроблено математичну модель руху кар'єрного автосамоскиду та колісного навантажувача, яка дозволяє оперативно визначати оптимальну швидкість його руху на ділянках кар'єрної дороги з різним рельєфом за умови мінімальної питомої витрати палива.

Випробувано та впроваджено радіонавігаційну систему оперативного контролю технічних і технологічних параметрів кар'єрного автотранспорту в якій реалізована теоретична модель розрахунку оптимальних швидкостей руху автосамоскиду й технічні рішення з оперативного керування вантажопотоками в реальному режимі часу відповідно до вимог технології селективно-валової розробки руд.

Результати досліджень використані при розробці «Рекомендацій із застосування технології частково-селективної розробки титано-цирконієвих руд на основі тривимірних геологічних моделей», що впроваджені у ВАТ «Укрдіпроруда» і «Рекомендацій з підвищення ефективності технологічних параметрів кар'єрного автотранспорту при видобутку титано-цирконієвих руд», що впроваджені в ДПІ «Кривбаспроект». Розрахунковий економічний ефект від впровадження запропонованих технологій на кар'єрах Вільногірського ГМК складає 4476,425 тис. грн/рік.

Ключові слова: розсипні титано-цирконієві родовища, відкриті гірничі роботи, технологія селективно-валової розробки руд, параметри технологічних схем, кар'єрний автотранспорт, гірничо-геометричний аналіз, цифрова геологічна модель.



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відповідно до «Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року», однією з основних умов функціонування гірничо-металургійного комплексу є переорієнтація виробничих процесів на ресурсозбережні технології й комплексне використання природних ресурсів. Стабільна робота гірничих підприємств, що видобувають розсипні титано-цирконієві руди, які відрізняються природною нерівномірністю розподілу й непостійним якісним складом рудних скупчень, залежить від ефективності гірничотранспортних робіт і складу корисного компонента в рудопотоці.

Найбільшим в Україні є розсипне Малишевське титано-цирконієве родовище, що слугує сировинною базою Вільногірського гірничо-металургійного комбінату. Розробка руди на кар'єрах комбінату здійснюється в режимі валового видобутку, при якому неможливо вести селективно-валову розробку, роздільне транспортування й розміщення руди за мінеральним складом. Для селективно-валової розробки руди важливе значення мають застосування раціональної технологічної схеми розробки й оптимізація її параметрів: обсяг селективно видобувних сортів руди; розмірів привибійних складів; виду транспортного устаткування; відстані транспортування руди в кар'єрі; параметрів внутрішньокар'єрних автодоріг та ін.

Транспортування гірничої маси в кар'єрі є невід'ємною та найбільш витратною складовою технологічного процесу розробки розсипних титано-цирконієвих руд. Частка транспортних витрат у трудомісткості й енергоємності процесу видобування корисних копалин досягає 60-70% і істотно впливає на собівартість кінцевого продукту. На підприємствах з відкритим способом розробки руд все частіше знаходить застосування моделей оптимізації режимів руху кар'єрного автотранспорту та способів оперативного контролю технологічних параметрів гірничотранспортного устаткування на основі сучасних геоінформаційних та навігаційних систем. У зв'язку з цим обґрунтування технологічних параметрів селективно-валової розробки розсипних титано-цирконієвих родовищ, що дозволяє підвищити ефективність гірничотранспортних робіт у кар'єрах, є актуальним науково-практичним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до тематичного плану науково-дослідних робіт НГУ за темами: «Розвиток теоретичних основ і принципів створення геоінформаційних систем і технологій на гірничих підприємствах України» (№ держ. реєстрації 0100U001810), у якій автор визначив сучасні технології інформаційного забезпечення гірничо-технологічних процесів, розробив методику розрахунку економічної ефективності застосування цифрових геологічних моделей і навігаційних систем для оперативного контролю роботи гірничотранспортного устаткування в кар'єрі, «Розробка наукових основ високоефективної експлуатації гірничотранспортного устаткування кар'єру методами оперативного керування» (№ держ. реєстрації 0105U000505), у якій автор виконав аналіз тенденцій розвитку систем керування й диспетчеризації гірничотранспортного устаткування, розробив технічні вимоги до створення навігаційної системи для керування кар'єрним автотранспортом, обґрунтував технологічні схеми розробки корисної копалини, що дозволяють підвищити ефективність гірничотранспортних робіт на кар'єрах з видобутку титано-цирконієвих руд.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є обґрунтування технологічних параметрів селективно-валової розробки розсипних титано-цирконієвих родовищ. Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні завдання, що визначили структуру дисертації:

1. Визначити сучасний стан мінерально-сировинної бази титану в Україні та за кордоном, проаналізувати технології видобування титано-цирконієвих руд на кар'єрах Вільногірського ГМК і геологію родовища.

2. Визначити закономірності зміни складу мінералів рудного покладу за площею Малишевського родовища титано-цирконієвих руд і фронтом ведення гірничих робіт у кар'єрах.

3. Обґрунтувати технологічні параметри селективно-валової розробки і роздільного складування титано-цирконієвих руд у кар'єрі з урахуванням їх мінерального складу й якості.

4. Розробити математичну модель для оптимізації технологічних режимів роботи кар'єрного автотранспорту при селективно-валовій розробці руд із застосуванням автосамоскидів і колісних навантажувачів.

5. Розробити технічні рішення для підвищення ефективності гірничотранспорт-них робіт при селективно-валовій розробці руд.

6. Оцінити економічну ефективність запропонованих технічних рішень.

Об'єкт дослідження - процеси гірничотранспортних робіт при відкритій розробці розсипних титано-цирконієвих руд.

Предмет дослідження - технологічні параметри селективно-валової розробки й роздільного складування за мінеральним складом титано-цирконієвих руд Малишевського родовища.

Методи досліджень. У дисертації використаний комплекс теоретичних і експериментальних методів досліджень: техніко-економічний аналіз при виборі способу розробки родовища титано-цирконієвих руд і економічній оцінці ефективності запропонованих технічних рішень; методи математичного моделювання й чисельних експериментів при дослідженні технологічних і технічних параметрів роботи кар'єрного автотранспорту в реальних умовах експлуатації залежно від ухилу, довжини, профілю дороги; коефіцієнта зчеплення та ін.; геостатистичні методи інтерполяції даних при побудові тривимірних геологічних моделей і метод інтерпретації геологічних розрізів для створення каркасних моделей родовища; статистико-ймовірнісні методи обробки даних експериментальних досліджень і економічних показників; геоінформаційне моделювання території родовища й транспортної мережі кар'єрів; полігонні й промислові випробування при впровадженні системи контролю технологічних і технічних параметрів роботи автотранспортних засобів на кар'єрах Вільногірського ГМК.

Наукова новизна одержаних результатів представлена наступними науковими положеннями:

1) селективно-валову розробку титано-цирконієвих руд доцільно застосовувати на родовищах з горизонтальною та вертикальною неоднорідністю поширення мінералів по довжині фронту гірничих робіт, при цьому підтримка необхідної якості й мінерального складу корисної копалини забезпечується застосуванням технологічної схеми гірничих робіт з формуванням на привибійних площадках проміжних складів по сортах руди, їх подальшим відпрацювуванням і роздільним складуванням руд за мінеральним складом в багатосекційному складі;

2) вибір типу мінералу для селективно-валової розробки визначається домінуючим максимумом його складу в межах розглянутої ділянки фронту гірничих робіт, а розміри ділянки - відстанню між точками перетину кривої поточного складу мінералу з лінією його середньозваженого складу;

3) залежність між експлуатаційними витратами і відстанню транспортування пісків при селективно-валовій розробці руд, що в інтервалі до 3 км описується лінійною функцією регресії та має вид:

З₁ = 9,8256 L + 48,06

при застосуванні ЕКГ-5А і автосамоскидів БелАЗ-7548;

З₂ = 28,116 L + 3,1747 - при використанні колісного навантажувача САТ-988G, що забезпечує вибір раціональної технологічної схеми видобування корисних копалин;

4) найбільша економічна ефективність селективно-валової розробки титано-цир-конієвих руд забезпечується застосуванням колісних навантажувачів за фронтом видобувних робіт від 0,6 до 3,7 км при відстанях переміщення руди до 2,45 км;

5) розроблено математичну модель розрахунку оптимальних швидкісних режимів руху внутрішньокар'єрного автотранспорту та колісних навантажувачів при селективно-валовій розробці руд у кар'єрах, в якій вперше технологічні параметри ухилу доріг і значення питомої витрати палива є величинами змінними, а не заданими, що дозволяє розрахувати оптимальну швидкість руху транспортних засобів, яка забезпечує мінімальну питому витрату палива й максимальну продуктивність.

Практичне значення отриманих результатів:

1) розроблена практична методика побудови геолого-технологічної карти відпрацювання вибою екскаватором для селективно-валового видобування руд. Створена електронна база геологічних, маркшейдерських і гірничотехнічних даних і побудована тривимірна цифрова геологічна модель Малишевського родовища титано-цирконієвих руд на весь період його відпрацювання. Отримані графіки зміни складу окремих мінералів в розсипу й електронні геологічні розрізи рудного покладу, впровадження яких у роботу геологічного, маркшейдерського й гірничотехнічного відділів Вільногірського ГМК дозволило автоматизувати вирішення виробничих і проектних завдань;

2) розроблено технологічні схеми селективно-валової розробки рудних пісків з розміщенням різних сортів руди на привибійних площадках і подальше роздільне відпрацювання їх за необхідними сортами при переміщенні в багатосекційний склад раціональними комплексами із застосуванням колісних навантажувачів, автосамоскидів і стрічкових конвеєрів. Надано економічну оцінку й область застосування таких технологічних схем на розсипних родовищах, що дозволяє знизити експлуатаційні витрати при розробці титано-цирконієвих руд від 6 до 43%;

3) розроблено технологію селективно-валової розробки титано-цирконієвих руд екскаватором ЕШ-10/70 із транспортуванням різних сортів колісним навантажувачем CAT-988G та принципову схему багатосекційного рудного складу при гідромоніторному розмиві й гідротранспорті рудних пісків, що дозволяє забезпечити потреби підприємства в руді заданого виду, якості й мінерального складу;

4) розроблено й впроваджено у виробництво радіонавігаційну систему контролю технологічних і технічних параметрів кар'єрного автотранспорту, що забезпечує дотримання оптимальної швидкості руху автосамоскидів у реальному режимі часу, дозволяє знизити простої гірничотранспортного устаткування, забезпечити повне завантаження кузова автосамоскидів, підвищити безпеку роботи водіїв й отримати економію палива для одного автосамоскида на рік понад 11,2 тис. л;

5) розроблено рекомендації з застосування технології селективно-валової розробки титано-цирконієвих руд на основі тривимірних геологічних моделей і рекомендації з підвищення ефективності технологічних параметрів кар'єрного автотранспорту при видобуванні титано-цирконієвих руд, які впроваджені в провідних проектних організаціях ВАТ «Укрдіпроруда» і ДПІ «Кривбаспроект». Розрахунковий економічний ефект від впровадження запропонованих технологій на кар'єрах Вільногірського ГМК становить понад 4476 тис. грн/рік.

Особистий внесок здобувача в роботах, які написані разом із співавторами, полягає в наступному: [5] - розробка схем керування та контролю гірничотранспортного устаткування у кар'єрі з використанням супутникової навігації й гірничо-геологічної моделі родовища й обробка результатів вимірювання технічних та технологічних параметрів роботи автосамоскидів БелАЗ-7548 у кар'єрі; [6] - створення бази даних у вигляді «рапорту диспетчера» для моніторингу роботи гірничотранспортного обладнання на кар'єрах Вільногірського ГМК; [7] - розрахунок економії витрат при впровадженні системи диспетчеризації гірничотранспортного устаткування на кар'єрах Вільногірського ГМК; [8] - аналіз техніко-економічних показників експлуатації кар'єр-ного автотранспорту й оцінка результатів застосування супутникової радіонавігаційної системи при керуванні роботою гірничотранспортного устаткування у кар'єрах; [9] - моделювання і розрахунки запасів родовищ титано-цирконієвих руд Вільногірського ГМК у програмному середовищі «Micromine»; [10] - побудова тривимірних цифрових моделей кар'єрів та створення растрових планів гірничих робіт із застосуванням інструментальних засобів ГІС «Карта-2000»; [11] - побудова цифрових планів промислової площадки комбінату і тривимірної каркасної моделі покладів рудного пласта Вільногірського родовища. Побудова графіка вмісту мінералів у рудному покладі до 2012 року; [12] - розробка принципів створення системи диспетчеризації гірничотранспортного обладнання для умов Вільногірського ГМК, визначення основного устаткування для мобільної, комунікаційної та прикладної частин диспетчерської системи; [13] - побудова каркасної, блочної і сіткової моделей східної частини центральної ділянки Вільногірського родовища й оцінка точності об'ємного моделювання; [14] - визначення технічних рішень та вибір устаткування для гірничотранспортних робіт в кар'єрах із застосуванням геоінформаційних систем та систем диспетчеризації; [15] - розробка методики визначення економічної ефективності й обґрунтування доцільності впровадження ГІС-технологій при розробці родовищ відкритим способом; [16] - постановка завдання, вибір необхідних приладів диспетчерського центру і датчиків контролю роботи автотранспорту в кар'єрі з допомогою GPS-технологій; [17] - обробка експериментальних даних, аналіз результатів промислових експериментів, техніко-економічна оцінка впровадження системи диспетчеризації гірничотранспортного устаткування на кар'єрах Вільногірського ГМК; [18] - обґрунтовано схему розміщення приймальних бункерів в системі внутрішнього переміщення корисної копалини гідравлічним транспортом.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати дисертації доповідалися й обговорювалися на IV-й національній конференції з міжнародною участю по відкритому видобутку корисних копалин (Несебер, Болгарія, 2001); III-й міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми геоінформатики при комплексному освоєнні надр" (Дніпропетровськ, 2001); II-й науково-практичній конференції «Застосування GPS в Україні» (Харків, 2002); IV-й міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми й перспективи застосування геоінформаційних технологій у гірничій справі" (Дніпропетровськ, 2002); Міжнародній конференції «Форум гірників - 2007» (Дніпропетровськ); засіданнях НТС «Учбово-наукового центру гірничих інформаційних технологій» і кафедри відкритих гірничих робіт Національного гірничого університету (Дніпропетровськ, 2002-2006).

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи; визначено зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; сформульовані мета, ідея, завдання й методи досліджень; наведені основні наукові положення, визначені наукова новизна й практична цінність отриманих результатів; особистий внесок здобувача в роботах, які написані разом із співавторами; відомості про апробацію та публікацію результатів досліджень.

У першому розділі «Стан питання й задачі дослідження» наведений аналіз мінерально-сировинної бази титану в Україні та за кордоном, акцентована увага на сучасному стані технології видобування титано-цирконієвих руд на кар'єрах Вільногірського ГМК і особливостях геології родовища. Показано, що стабільність роботи комбінату з існуючим гірничо-технологічним і виробничим циклом залежить від коливань складу корисного компонента в рудопотоці, що надходить на збагачувальну фабрику, причиною яких є природна нерівномірність розподілу й непостійний якісний склад рудних скупчень у розсипу. Відзначено, що на кар'єрах України, що розробляють розсипи титано-цирконієвих руд, питання селективно-валової розробки руд, застосування тривимірних цифрових геологічних моделей і електронних планів кар'єрів для гірничо-геометричного аналізу кар'єрних полів, оперативного планування й ведення гірничотранспортних робіт з урахуванням поточної потреби в руді заданої якості й мінерального складу дотепер не розглядалися.

Розглянуто особливості гірничотранспортних робіт на кар'єрах Вільногірського ГМК і виконано аналіз техніко-економічних показників експлуатації великовантажних автосамоскидів БелАЗ-7548. Встановлено, що при експлуатації автосамоскидів допускається їх недозавантаження, втрати робочого часу через простої, значна витрата ПММ. Відсутність обліку й контролю мінерального складу руди що добувається й транспортується, не дозволяє забезпечити необхідну якість при її подачі на збагачувальну фабрику. Показано, що створення сучасних математичних моделей режимів руху автосамоскидів у кар'єрах із застосуванням геоінформаційних технологій, цифрових геологічних моделей родовища й систем навігаційного контролю технічних і технологічних параметрів роботи автосамоскидів дозволяє виключити вищевідзначені недоліки.

Виконано огляд науково-технічної літератури та наведено сучасні погляди вчених, основні наукові підходи й принципи моделювання керуванням гірничими роботами й кар'єрним автотранспортом при комплексній розробці розсипних, поліметалевих і інших родовищ, зокрема, при селективній розробці корисних копалин на кар'єрах. Відзначено, що в різний час, у тій чи іншій мірі, в вирішення питань підвищення ефективності гірничих робіт при відкритій розробці родовищ внесли істотний вклад праці М.В. Мельникова, В.В. Ржевського, М.Г. Новожилова, П.І. Томакова, А.Ю. Дриженка, А.Г. Шапаря, І.Л. Гуменика, В.І. Прокопенка, В.Г. Кравца, В.Д. Воробйова, О.О. Вовка, М.С. Четверика, В.С. Хохрякова, В.Л. Яковлева, Ю.І. Леля, В.Г. Близнюкова, В.Ф. Бизова, Ю.Г. Вілкула, М.В. Крівцова, О.В. Зберовського, В.С. Прокопенка, В.І. Симоненка, Е.О. Несмашного, С.З. Поліщука, В.А. Куліша, А.М. Маєвського та інших вчених.

На основі аналізу відомих теоретичних досліджень і технічних рішень з відкритої розробки розсипних родовищ, а також особливостей геології й технології видобування титано-цирконієвих руд на Малишевському родовищі обґрунтована актуальність наукового завдання, сформульовані мета, завдання й методи досліджень.

У другому розділі «Дослідження закономірностей поширення мінералів за фронтом ведення гірничих робіт на Малишевському родовищі титано-цирконієвих руд» наведені результати досліджень зміни складу п'яти (циркон, ставроліт, рутил, дистен, ільменіт) основних мінералів у рудному покладі за фронтом ведення гірничих робіт у кар'єрах, наведено результати робіт зі створення тривимірної цифрової геологічної моделі родовища й електронних планів кар'єрів.

Створено електронну базу геологічних, маркшейдерських і гірничотехнічних вихідних даних (понад 50 тис. значень), що дозволило виконати геологічне моделювання розсипу, побудувати тривимірну геологічну модель родовища, створити цифрові плани гірничих робіт і території промислової зони комбінату. Оцінка точності розрахунків при тривимірному геологічному моделюванні показала задовільну збіжність результатів, похибка становить 1-5%.

На основі отриманої геологічної моделі проведені дослідження горизонтальної й вертикальної неоднорідностей поширення мінералів по довжині фронту ведення гірничих робіт у кар'єрах. Встановлені закономірності (графіки) коливання складу мінералів у рудних покладах щодо їх середньозваженого значення по довжині фронту ведення гірничих робіт, що дозволило виділити зони підвищеної мінералізації й запропонувати застосування технології селективно-валової розробки титано-цирконієвих руд. Показано, що вибір типу мінералу для селективно-валової розробки визначається домінуючим максимумом на кривих розподілу складу мінералів у межах розглянутої ділянки фронту гірничих робіт, а розміри ділянки гірничих робіт визначаються відстанню між точками перетину кривої поточного складу мінералу з лінією його середньозваженого складу.

Наприклад, підвищений вміст циркону з можливістю його селективної розробки встановлено на ділянці А-В фронту гірничих робіт, обмеженого координатами X від 3750 до 3600 м, тобто довжиною 150 м, а на ділянці фронту гірничих робіт Д-С, обмеженого координатами X від 4450 до 4200 м, довжиною 250 м - можливість селективної розробки рудного покладу з підвищеним вмісту дистену.

Надано визначення селективно-валової розробки руд як технології видобувних робіт у кар'єрі, що включає впорядковану черговість валової й селективної розробки руд по фронту гірничих робіт, їх транспортування й роздільне складування з урахуванням неоднорідності поширення мінералів у покладі й потребі в руді заданого виду, якості та мінеральному складу.

У третьому розділі «Обґрунтування технологічних параметрів селективно-валової розробки титано-цирконієвих руд» розглянуті особливості селективної розробки й складування руд, викладені результати досліджень технологічних схем селективно-валової розробки й роздільного складування корисної копалини з урахуванням мінерального складу й якості.

Вперше для розсипних родовищ титано-цирконієвих руд України виконано гірничо-геометричний аналіз кар'єрного поля із застосуванням цифрових блокових і каркасних геологічних моделей та геоінформаційного моделювання, при цьому:

- виконана оцінка запасів мінералів у Малишевському родовищі титано-цирконіє-вих руд по роках його відпрацювання;

- визначено обсяги розкриву й руди по етапах відпрацьовування кар'єрів, побудовані кінцеві контури й календарні плани розвитку кар'єру за обраним критерієм - плановому видобутку 5,5-6 млн. м³/рік;

- створена автоматизована база маркшейдерських даних про положення гірничих робіт у кар'єрі, що використовується при річному, квартальному й місячному плануванні гірничих робіт, для підрахунку обсягів і оцінки якості руди, а також обсягів розкривних робіт, що попадають у контур відпрацювання;

- отримано електронні геологічні розрізи й графіки зміни складу окремих мінералів у рудному покладі на весь період його відпрацювання.

На основі геологічних розрізів і графіків зміни складу окремих мінералів у рудному покладі розроблена геолого-технологічна карта (схема черговості) відпрацювання вибою екскаватором для селективно-валової розробки руд.

Розглянуто технологічні схеми селективно-валової розробки рудних пісків з розміщенням різних сортів руди на привибійних площадках і подальшому роздільному відпрацюванню їх за необхідними сортами при переміщенні в багатосекційний склад раціональними комплексами із застосуванням колісних навантажувачів, автосамоскидів і стрічкових конвеєрів. Визначено область застосування таких технологічних схем на розсипних родовищах. Запропоновано технологічну схему селективно-валової розробки титано-цирконієвих руд і схему відпрацювання уступу екскаватором ЕШ 10/70 з колісним навантажувачем CAT-988G.

Показано, що застосування колісних навантажувачів САТ-988G з ємкістю ковша 6,3-7,0 м³ у порівнянні з екскаваторно-автомобільним устаткуванням (ЕКГ-5А і автосамоскиди БелАЗ-7548) та комплексом конвеєрного устаткування в технологічних схемах селективно-валової розробки руд економічно вигідно при довжині фронту видобувних робіт 0,6-3,7 км і на відстанях транспортування руди до 2,45 км. При цьому на відстанях доставки до 2,2 км зниження експлуатаційних витрат досягається від 6 до 43%, що дозволяє одержати економію в розмірі від 4,7 до 26,7 млн.грн/рік.

Встановлено, що залежність експлуатаційних витрат (З₁, З₂) від відстані переміщення рудних пісків (L) в інтервалі до 3 км із достатньою для інженерних розрахунків точністю описується лінійною функцією регресії

З₁ = 9,8256 L + 48,06, млн.грн/рік



- при застосуванні ЕКГ-5А та БелАЗ-7548, (1)

З₂ = 28,116 L + 3,1747, млн.грн/рік

- при використанні навантажувача САТ-988G. (2)

Отримані рівняння рекомендується використовувати в оперативному плануванні гірничих робіт при селективно-валовій розробці руд для розрахунку вартості вантажно-транспортних робіт при різних відстанях транспортування руди в кар'єрах.

Для стабілізації рудопотоку, що надходить на збагачувальну фабрику, у технологічній схемі селективно-валової розробки руд запропоновано застосовувати роздільне відпрацювання сортів руди із привибійного складу, їх транспортування й роздільне складування за мінеральним складом. Розмиття руди здійснюється пересувним гідромонітором у секціях складу по черзі залежно від мінерального складу руди, необхідного для подачі на збагачувальну фабрику. Розроблено принципову схему багатосекційного рудного складу при гідромоніторному розмитті й гідротранспорті рудних пісків.

У четвертому розділі «Оптимізація технологічних параметрів кар'єрного транспорту при селективно-валовій розробці руд» наведено результати досліджень з розробки математичної моделі розрахунку оптимальних режимів руху кар'єрних автосамоскидів і колісних навантажувачів на основі сполучення класичної математичної теорії руху автомобіля із сучасними геоінформаційними та навігаційними технологіями.

Математична модель руху кар'єрного автосамоскиду й колісного навантажувача ґрунтується на використанні поліноміальної апроксимації зовнішніх і часткових швидкісних характеристик двигуна, що дозволяє знаходити аналітичний вираз для швидкості рівномірного руху залежно від уклону кар'єрної дороги, коефіцієнта опору кочення, щабля коробки передач, ступеня неповноти подачі палива та фактичної маси транспортного засобу.

Для визначення стаціонарних режимів руху використовується рівняння силового балансу

Р_Tј(б, н_ј) = Р_в + Р_д , (3)

де Р_Тј (, _j) - сила тяги, н; - коефіцієнт ступеня подачі палива; j - щабель коробки передач; - швидкість руху, км/год; Р_д = (i+f)G - опір дороги, н; i - ухил дороги, ‰; f - коефіцієнт опору кочення; G - вага автотранспорту, т; Р_в - сила опору вітру, н.

Вперше при розв'язанні рівняння (3) величина сили тяги Р_Тј (, _j) враховується не тільки залежно від швидкості руху , але й від ступеня подачі палива у двигун. Запропоновано ступінь подачі палива визначати коефіцієнтом : значення = 1 (100%) відповідає повній подачі; = 2 - подачі 90%; = 3 - подачі 80% тощо.

На кожному щаблі коробки передач j при неповній подачі палива шляхова витрата палива q_nj дорівнює

(4)

а при повній подачі

, (5)

де - коефіцієнт корисної дії трансмісії; - паспортна величина питомої витрати палива на j щаблі коробки передач; - величина питомої витрати палива при неповній подачі палива на j щаблі коробки передач.

Використовуючи побудовані часткові тягові характеристики колісного навантажувача й автосамоскиду при неповній подачі палива, а також залежності (4) і (5), було поставлене варіаційне завдання про визначення такого закону руху автотранспорту в кар'єрі, щоб при цьому витрата палива була мінімальною.

Загальна витрата палива по кар'єрній дорозі визначається як

, (6)

де інтеграл обчислюється по кожній окремій ділянці дороги l_i із заданим опором дороги _i, а підсумовування проводиться по всіх ділянках траси. Розглядаючи вираз

, (7)

як функціонал виду

, (8)

який залежить від закону руху x(t) по даній ділянці дороги, відповідно до варіаційного вирахування встановимо, що, мінімум функціоналу J[x(t)] досягається на функції x(t), яка задовольняє умові

. (9)



Оскільки ліва частина рівняння (9) залежить тільки від , то його розв'язок при ( = const) матиме одне або кілька постійних значень v=const.

Таким чином, мінімальна витрата палива на кожній ділянці кар'єрної дороги забезпечується тільки при деякій постійній (оптимальній) швидкості руху v=const. Будь-яке відхилення від постійної швидкості призводить до збільшення витрати палива.

Виконано розрахунок на ПЕОМ оптимальних режимів руху автосамоскидів БелАЗ-7548 і колісних навантажувачів CAT-988G у кар'єрах Вільногірського ГМК на прикладі реальних цифрових планів гірничих робіт і кар'єрних доріг. Встановлено, що можливості навантажувача CAT-988G по подоланню опору дороги набагато вище, ніж у самоскида БелАЗ-7548, а при дотриманні водіями оптимальної швидкості руху лінійна витрата палива на 100 км шляху для навантажувача CAT-988G менш ніж для самоскида БелАЗ-7548 у 1,5-2,3 рази.

Для підтримки оптимальних режимів руху транспортних засобів у кар'єрі розроблена, випробувана та впроваджена радіонавігаційна система оперативного контролю роботи гірничотранспортного устаткування

Система контролю технічних і технологічних параметрів роботи кар'єрного автосамоскиду БелАЗ-7548 містить контроль швидкості руху, витрати палива й ваги вантажу, спостереження за обертами, температурою й тиском у двигуні. Система дає можливість диспетчерові стежити за дотриманням оптимальної швидкості руху автосамоскидів у кар'єрі в реальному режимі часу, забезпечує можливість оперативного керування вантажопотоками відповідно до вимог селективно-валової технології розробки руд. Впровадження системи в експлуатацію дозволило знизити простої гірничотранспортного устаткування, забезпечити повне завантаження кузова автосамоскидів, запобігати несанкціонованим відбиранням дизельного палива, різного роду приписувань й інші непродуктивні витрати, підвищити виробничу дисципліну персоналу й безпеку роботи водіїв.

Оцінка очікуваного ефекту від економії палива при русі транспорту в кар'єрі з дотриманням оптимальних швидкостей становить: для одного автосамоскида на 100 км пробігу - 29 л; для одного автосамоскида на рік - 11247 л; для всього автопарку на рік (40 автосамоскидів) - 449880 л. При вартості дизельного палива 3,5 грн/л економія по комбінату досягає понад 1,5 млн.грн/рік.

У п'ятому розділі «Оцінка економічної ефективності запропонованих технічних рішень» наведені основні вихідні дані для визначення економічної ефективності застосування селективно-валової технології розробки руд з оперативним контролем технологічних параметрів кар'єрного транспорту й результати розрахунку економічної ефективності при проектуванні впровадження селективно-валової розробки титано-цирконієвих руд на Вільногірському ГМК.

У загальному вигляді економічна ефективність технології селективно-валової розробки руд і оперативного керування кар'єрним автотранспортом визначається виразом

, (10)

де Э_ц._м - економічна ефективність від використання електронних планів кар'єрів, поверхні території комбінату та його об'єктів, грн.

Э_ц._м = Q_г.м. * _n * С_в * (1-) , (11)

де Q_г.м. - річний обсяг перевезеної гірничої маси, що підлягає обліку, тис. м³; _n - коефіцієнт невідповідності вивезених обсягів гірничої маси по звіту цеху гірничого технологічного транспорту та даних контрольних вимірів, відн. од.; С_в - собівартість перевезення гірничої маси, грн/м³, - частка умовно-постійних витрат у собівартості перевезення гірничої маси, частки од.

Э_п.ц.м - економічна ефективність використання засобів підтримки цифрових планів кар'єру, грн.

Э_п.ц.м = Q_д * _п* _к * С_к * (1-), (12)

де Q_д - річний видобуток руди на кар'єрах, тис. т; _п - коефіцієнт збіднювання руди (встановлюється експериментальним шляхом), відн. од.; _к - вихід концентрату з добутої руди, відн. од.; С_к - собівартість виробництва концентрату, грн/т; - частка умовно-постійних витрат у собівартості концентрату відн. од. Э_дис. - економічна ефективність створення й впровадження системи оперативного керування автотранспортом, грн.

Э_дис. = + + , (13)

де - економія поточних витрат внаслідок дозавантаження автомобільно-экскава-торного комплексу кар'єру, грн.; - економія поточних витрат внаслідок точного обліку пробігу автомобілів від пунктів завантаження до пунктів розвантаження й назад, грн.; - економія палива за рахунок точного контролю його витрат, грн.

- економічна ефективність створення цифрової геологічної моделі родовища і її використання для планування й керування гірничими роботами на кар'єрі при селективно-валовій розробці титано-цирконієвих руд



, (14)

де - економія поточних витрат у результаті стабілізації технологічних властивостей руди, що надходить на збагачення, грн.; - зміна споживчої цінності концентрату в результаті поліпшення його якісних характеристик, грн.

До основних факторів, що визначають економічну ефективність технології селективно-валової розробки руд і оперативного керування кар'єрним автотранспортом, відносяться: невідповідність вивезених обсягів гірничої маси даним контрольних вимірів; собівартість переміщення гірничої маси; неврахований пробіг кар'єрних автосамоскидів; економія витрат палива кар'єрними автосамоскидами; збільшення виходу концентрату внаслідок стабілізації технологічних властивостей руди за рахунок її селективно-валової розробки.

Показано, що структура економії поточних витрат від впровадження системи оперативного контролю технологічних параметрів автомобільного транспорту в кар'єрі містить: 37% - за рахунок економії витрати дизельного палива, 7% - за рахунок точного обліку пробігу автосамоскидів і 56% - за рахунок збільшення продуктивності автосамоскидів.

Впровадження технології селективно-валової розробки руд з радіонавігаційною системою оперативного контролю технологічних параметрів кар'єрного автотранспорту вимагає капітальних витрат у розмірі 2930,00 тис. грн і забезпечує середню річну ефективність у розмірі понад 4476 тис. грн.



ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій поставлена й вирішена актуальна науково-практична задача з обґрунтування технологічних параметрів селективно-валової розробки розсипних титано-цирконієвих родовищ, шляхом визначення закономірностей природної неоднорідності поширення мінералів розсипу за фронтом гірничих робіт і розробки технології видобувних робіт у кар'єрі, що забезпечує роздільний видобуток та розміщення руд за мінеральним складом з оптимізацією роботи кар'єрного транспорту, що має важливе значення для підвищення ефективності відкритих гірничих робіт при комплексному освоєнні розсипів України.

Найбільш важливі наукові й практичні результати, висновки й рекомендації, які одержані при виконанні досліджень та впровадженні розробок:

1) вперше установлені закономірності просторового розподілу мінералів у розсипі титано-цирконієвих руд Малишевського родовища, надана оцінка руд за складом й якістю;

2) вперше установлені закономірності коливання складу мінералів у рудних покладах щодо їхнього середньозваженого значення за фронтом ведення гірничих робіт на кар'єрах, що дозволяє визначити область і принципи застосування селективно-валової розробки при освоєнні титано-цирконієвих руд Малишевського родовища;

3) вперше надано визначення селективно-валової розробки руд як технології видобувних робіт у кар'єрі, що містить упорядковану черговість валової й селективної розробки руд за фронтом гірничих робіт, їх транспортування й роздільне складування з урахуванням неоднорідності поширення мінералів у покладі й потребі в руді заданого виду, якості та мінерального складу. Розроблено геолого-технологічну карту відпрацювання вибою екскаватором при селективно-валовому видобуванні руд;

4) розроблено нові технологічні схеми селективно-валової розробки рудних пісків з розміщенням різних сортів руди на привибійних площадках і подальшому роздільному відпрацюванні їх за необхідними сортами при переміщенні в багатосекційний склад раціональними комплексами із застосуванням колісних навантажувачів, автосамоскидів і стрічкових конвеєрів. Встановлено область застосування таких технологічних схем на розсипних родовищах;

5) встановлено, що застосування колісних навантажувачів САТ-988G з ємкістю ковша 6,3-7,0 м³ у порівнянні з екскаваторно-автомобільним устаткуванням (ЕКГ-5А та автосамоскиди БелАЗ-7548) і комплексом конвеєрного устаткування в технологічних схемах селективно-валової розробки руд економічно вигідно при довжині фронту видобувних робіт 0,6-3,7 км і на відстанях транспортування руди до 2,45 км. При цьому на відстанях доставки до 2,2 км зниження експлуатаційних витрат досягається від 6 до 43%, що дозволяє одержати економію в розмірі від 4,7 до 26,7 млн. грн/рік;

6) перше розроблена та рекомендована для впровадження технологічна схема селективно-валової розробки руд екскаватором ЕШ-10/70 з подальшим транспортуванням руди колісним навантажувачем CAT-988G у багатосекційний рудний склад з гідромоніторним розмиттям і наступним гідротранспортом рудних пісків;

7) розроблено нову математичну модель розрахунку оптимальних швидкостей руху автосамоскидів і колісних навантажувачів у кар'єрах, використання якої дозволяє визначити швидкість руху автотранспортних засобів, що забезпечує мінімальні питомі витрати палива при максимальній продуктивності;

8) розроблено, випробувано й впроваджено в промислових умовах радіонавігаційна система контролю технологічних і технічних параметрів автотранспортних засобів кар'єру, використання якої забезпечує дотримання оптимальної швидкості руху автосамоскидів у реальному режимі часу й можливість оперативного керування вантажопотоками в кар'єрі при застосуванні селективно-валової технології розробки руд;

9) розроблено рекомендації із застосування технології селективно-валової розробки титано-цирконієвих руд, які впроваджені у ВАТ «Укрдіпроруда» і рекомендації з підвищення ефективності технологічних параметрів кар'єрного автотранспорту при видобуванні титано-цирконієвих руд, які впроваджені в ДПІ «Кривбаспроект». Розрахунковий економічний ефект від впровадження запропонованих технологій на кар'єрах Вільногірського ГМК становить понад 4476 тис. грн/рік.



ПУБЛІКАЦІЇ

1. Баранов Ю.Д. Методика расчета технологических параметров карьерных колесных погрузчиков при селективно-валовой выемке россыпных титано-циркониевых руд / Ю.Д. Баранов //Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.- 2005. -№22. - С. 70-80.

2. Баранов Ю.Д. Особенности проектирования технологии частично-селективной выемки титано-циркониевых руд / Ю.Д. Баранов // Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.- 2004. -№20.- С. 107-117.

3. Баранов Ю.Д. Математическая модель движения карьерного автосамосвала / Ю.Д. Баранов // Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.-2004.-Т.1,№19.-С. 93-102.

4. Баранов Ю.Д. Основные положения и технические требования создания навигационной системы управления горнотранспортным оборудованием карьера / Ю.Д. Баранов // Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.-2003. -№18. -С. 174-185.

5. Создание информационно-аналитической системы управления горно-транспортным оборудованием на карьерах с применением спутниковой навигации / А.В. Зберовский, Б. Е. Собко, О.П. Козакевич, В.В. Задорнова, Ю.Д. Баранов, В.Г. Лысенко//Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.- 2005. -№23. - С. 289-299.

6. Разработка информационной подсистемы мониторинга работы горного производства Вольногорского ГМК/А.В. Зберовский, Б. Е. Собко, О.П. Козакевич, Ю.Д. Баранов, В.Г. Лысенко, В.В. Марченко// Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.- 2007.-№28. - С. 56-61.

7. Баранов Ю.Д. Оценка экономической эффективности систем диспетчеризации мобильного транспорта на карьерах /Ю.Д. Баранов, А.Н. Мельников, А.В. Зберовский// Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГАУ.-2002.- Т.1, №13.- С. 255-261.

8. Управление работой горнотранспортного оборудования на карьерах Вольногорского ГМК с применением радионавигационной системы /А.В. Зберовский, Б.Е. Собко, О.П. Козакевич, Ю.Д. Баранов, В.Г. Лысенко//Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.- 2006. -№25.- С. 221-230.

9. Баранов Ю.Д. Особенности применения системы «Micromine» для решения геологических задач/ Баранов Ю.Д., Зберовский А.В., Чернобук А.И.//Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.-2002.- Т.2, №15. -С. 50-59.

10. Использование инструментальных средств геоинформационной системы "Карта-2000" для решения горнотранспортных и маркшейдерских задач ГОКа/ А.В. Зберовский, В.А. Панцаков, Г.М. Коротенко, Ю.Д. Баранов, В.Д, Голиков //Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГАУ.-2001.-№12, Т.1.-С. 60-65.

11. Создание цифровой модели местности и 3D-геологической модели месторождения Вольногорского ГМК / Ю.Д. Баранов, А.В. Зберовский, В.А. Панцаков, А.И. Чернобук//Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГУ.-2003.-№16.-С. 22-29.

12. Зберовский А.В. Перспективы применения автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного оборудования в условиях Вольногорского ГГМК / А.В. Зберовский, Ю.Д. Баранов, А.Ф. Клебанов // Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГАУ.-2001- Т.1, №11.- С. 146-151.

13. Баранов Ю.Д. Некоторые результаты объёмного моделирования месторождений Вольногорского ГМК /Ю.Д. Баранов, Б.С. Бусыгин, С.Л. Никулин // Зб. наук. праць Національної гірничой академії.- Дніпропетровськ: РИК НГАУ.-2002.-№14, Т.2.-С. 28-37.

14. Баранов Ю.Д. Перспективы применения геоинформационных систем и технологий для ведения горнотранспортных работ на карьерах /Ю.Д. Баранов, А.В. Зберовский, А.Ф. Клебанов //IV Национальная конф. с междунар. участием по открытой добыче полезных ископаемых, 15-20 сен. 2001г.: тезисы докл. - Несебер (Болгария), 2001.-С. 311-316.

15. Мельников А.Н. О методике определения экономической эффективности внедрения ГИС-технологий на горно-металлургических предприятиях /А.Н. Мельников, А.В. Зберовский, Ю.Д. Баранов//Проблемы геоинформатики при комплексном освоении недр: III междунар. научн.-практич. конф., 29-31 окт. 2001г.: тезисы докл. - Днепропетровск: РИК НГАУ, 2001.- С. 29-34.

16. Зберовский А.В. Использование GPS в обеспечении систем управления движением горнотранспортных средств на карьерах / А.В. Зберовский, Ю.Д. Баранов, А.Ф. Клебанов //Применение GPS в Украине: II научн.-практич. конф., 13-14 июн. 2002 г.: тезисы докл. - Харьков: ХАИ , 2002. - С. 99-101.

17. Станков С.И. Результаты украинско-болгарского проекта по созданию системы диспетчеризации горнотранспортного оборудования на карьерах Вольногорского ГМК/С.И. Станков, А.В. Зберовский, Б.Е Собко, Ю.Д. Баранов, А.М. Лазников, В.Г. Лысенко//Форум гірників-2007: міжнар. конф., 11-13 жовтня 2007р.: тезиси докл. - Дніпропетровськ: РІК НГУ, 2007. -С. 182-188.

18. Пат. 62440 UA, МКП Е 21 С 41/26, Е 21 С 41/30. Спосіб розробки пологих родовищ/ В.П. Воловик, Ю.Д. Баранов, А.Ю. Дриженко, О.М. Півень: заявник і патентовласник Національній гірничий університет. - № 2003032554; заявл. 25.03.2003; опубл. 25.06. 2007, Бюл. № 9.- 4с.: іл.

Размещено на Allbest.ru

...