Влияние высоты внешних отвалов и ярусов на ресурсопотребление их формирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

влияние высоты внешних отвалов и ярусов на ресурсопотребление их формирования

П.И. Копач,

Н.И. Просандеев

Annotation

P.I. Kopach, N.I. Prosandeev

The influence of the external dumps and tiers height on the resource consuming of their forming

Institute of Problems on Nature Management and Ecology, National Academy of Sciences of Ukraine, Dniepropetrovsk

The metodics of determination of the optimal height of dumps according to the mountain breeds transport and the nature resources charges for a tier scheme of dump - to riming.

Высота внешних отвалов является одним из основных факторов, влияющих на величину нарушаемых земельных площадей, зону воздействия на прилегающую территорию и технологические затраты на отсыпку пород. Увеличение высоты отвалов ведет к уменьшению отчуждаемых земель, но с другой стороны, вызывает рост зоны воздействия на прилегающую территорию [1]. Согласно требованию санитарных норм вокруг отвалов должны создаваться санитарно-защитные зоны, за пределами которых величина ПДК загрязнений не должна превышать установленных нормативов. В зависимости от класса опасности горного объекта ширина санитарно-защитной зоны колеблется от 100 до 1500 м. Площадь санитарно-защитной зоны является местом интенсивного осаждения пыли, сдуваемой с отвальной поверхности, в результате чего в ней на 10-30% снижается урожайность сельскохозяйственных культур [2].

Отсыпка отвалов может осуществляться по двум схемам: высотной - формирование отвала сразу на полную высоту с последующим развитием к проектным контурам и площадной - первый ярус отвала отсыпается по всей проектной площади основания и далее на его верхней площадке формируется каждый последующий ярус до достижения проектной высоты. При высотной схеме формирования отвалов первоначальные затраты на отчуждение земель и горизонтальное перемещение пород по ярусам - минимальны, а на подъем породы - максимальны. Для второй схемы имеем обратное распределение расходов на отсыпку внешних отвалов. Вследствие существующей очень низкой стоимостной оценки природных ресурсов, и поэтому мизерной величины компенсации ущерба, наносимого окружающей природной среде, в настоящее время преимущественное распространение получила площадная схема формирования отвалов.

Так, в условиях Кривбасса их отсыпка производится ярусами высотой h_я = 10-30 м и коэффициентами заполнения площадей _я = 0,5-0,9. Минимальные значения приведенных параметров соответствуют складированию рыхлых пород, а максимальные - скальных, что обусловлено устойчивостью их откосов и основания. Более 90% всего объема вскрышных пород Кривбасса размещается во внешних отвалах, расположенных на расстоянии 8-12 км от карьеров, что вызвало применение для доставки пород железнодорожного транспорта и их укладку экскаваторами.

Взаимосвязь высоты внешних отвалов с технологическими и природоохранными затратами обусловила разработку методик по определению их оптимального значения, обеспечивающего минимизацию обоих видов расходов. Разработанные ранее методики справедливы для одноярусного отвала, когда весь складируемый объем пород поднимается на всю его высоту и неприемлемы для поярусной схемы формирования отвалов [3,4]. При поярусной схеме формирования внешних отвалов в зависимости от значений коэффициентов заполнения их площадей с ростом высоты отвала объем отвальных ярусов уменьшается, что снижает расходы на транспортирование породы. С учетом указанных факторов авторами разработана методика определения оптимальной высоты внешних отвалов при их поярусной отсыпке с учетом затрат на отчуждение земель, транспортных расходов на перемещение пород в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также ущерба от потери урожайности сельскохозяйственных культур в санитарно-защитной зоне.

Оптимальная высота отвала Н_о устанавливается дифференцированием следующего выражения:

(1)

где З_о - общие затраты на формирование отвала, грн.;W₀ - объем пород, складируемых в отвале, м³; _я - коэффициент заполнения площади отвальных ярусов; З_з - затраты на отчуждение земель, грн./м²; - объемный вес складируемых пород, т/м³; С_т - удельные затраты на транспортирование породы, грн./тм; К_у - коэффициент удлинения трассы; i_p - руководящий уклон въездов на отвал, доли един.; В_с.з = 500 м - ширина санитарно-защитной зоны, создаваемой вокруг отвала;

-

коэффициент подъема породы, учитывающий подъем породы в зависимости от высоты отвала, отвального яруса и коэффициента заполнения его площади; У_с.з - ущерб от потерь урожайности сельхозкультур в санитарно-защитной зоне отвала, У_с.з = 0,032 грн./м².

Взяв производную по Н_о выражения (1) и приравняв ее к нулю получим уравнение:

, (2)

где ; ; ; ; .

Задавшись входящими в уравнение (2) параметрами, рассчитаем оптимальную высоту внешних отвалов. Результаты расчетов для перемещения пород железнодорожным транспортом при С_т = 110^-4 грн./тм приведены на рисунке 1. Из рисинка 1а видно, что с увеличением коэффициента заполнения площади отвальных ярусов от 0,5 до 0,9 оптимальная высота отвала уменьшается от 80-108 м до 58-77 м, т.е. снижается в 1,38 раза. Оптимальная высота отвала, установленная для подъема породы на всю его высоту (_я = 1), колеблется от 37 до 48 м, что в 1,43-2,2 раза меньшее значений, определенных с учетом поярусной отсыпки пород.

Рост высоты отвальных ярусов до 20 м (см. рисунок 1б) ведет к снижению оптимальной высоты отвала до 56-82 м. Причем влияние изменения коэффициентов заполнения площади отвальных ярусов на оптимальную высоту отвала снижается до 9% (см. рисунок 1б, кривые сближаются). Уменьшение оптимальной высоты отвалов с ростом указанных факторов обусловлено увеличением расходов на подъем породы.

При неизменных расходах на транспортирование пород и той же высоте отвального яруса (h_я = 20 м) повышение вдвое затрат на отчуждение земель (З_з = 16,8 грн./м²) ведет к росту оптимальной высоты отвала в 1,23-1,42 раза, которая варьирует от 88 до 108 м при _я = 0,5 и 73-90 м при _я = 0,9 для W_о = 100-700 млн.м³ (см. рисунок 1б). Такой же результат дает уменьшение вдвое расходов на транспортирование породы С_т = 510^-5 грн./тм при неизменных затратах на отчуждение земель З_з = 8,4 грн./м² - значения оптимальной высоты отвала совпадают с данными для З_з = 16,8 грн./м² (см. рисунок 1б).

Использование на железнодорожном транспорте тяговых агрегатов для доставки пород во внешние отвалы позволяет повысить значения руководящего уклона транспортных съездов до i_p = 60‰ и сократить расходы на подъем породы. В этом случае, для i_p = 60‰, h_я = 20 м, С_т = 110^-4 грн./тм оптимальная высота отвала, по сравнению с i_p = 35‰, растет в 1,35-1,5 раза и составляет 89-122 м при _я = 0,5 и 76-103 м при _я = 0,9 соответственно для объема W_о = 100-700 млн.м³. Для указанных значений определена высота отвала без учета его поярусного формирования при _я=1,0, которая варьирует в пределах 51-66 м. Снижение вдвое величины расходов на перемещение пород тяговыми агрегатами С_т = 510^-5 грн./тм, h_я = 20 м ведет к увеличению оптимальной высоты отвала до 132-165 м при _я = 0,5 и 100-122 м при _я = 0,9. Если в данных условиях уменьшить высоту отвальных ярусов до h_я = 10 м, оптимальная высота внешних отвалов изменяется от 210 до 256 м при _я = 0,5 и 109-134 м при _я = 0,9, т.е. увеличивается в 1,6-1,09 раза по сравнению с предыдущими значениями.

Рисунок 1 - Зависимость оптимальной высоты внешних отвалов от их объема и коэффициентов заполнения площади отвальных ярусов при железнодорожном транспорте: сплошные линии - i_p = 35‰, З_з = 8,4 грн/м²; пунктирные линии - З_з = 16,8 грн/м² ; а) высота яруса h_я = 10м; б) высота яруса h_я = 20м

Когда перемещение породы в отвалы производится автосамосвалами, то по сравнению с железнодорожным транспортом удельные расходы на доставку вскрыши, для условий Кривбасса, имеют пятикратное увеличение С_т = 510^-4 грн./тм. С другой стороны, использование автомобилей позволяет повысить руководящий уклон въездов на отвал до i_p = 80‰ и уменьшить расстояние доставки породы. Для объема W_о = 100-700 млн.м³, h_я = 20 м, i_p = 80‰, С_т = 510^-4 грн./тм установлено, что оптимальная высота отвалов составляет 65-116 м при _я = 0,5 и 62-106 м при _я = 0,9. Снижение вдвое затрат на транспортирование пород С_т = 2,510^-4 грн./тм ведет к увеличению в 1,07-1,21 раза оптимальной высоты внешних отвалов, которая изменяется от 79 до 128 м при _я = 0,5 и 72-112 м при _я = 0,9. При _я = 1,0, оптимальная высота внешних отвалов, без учета поярусной схемы их формирования, варьирует в пределах Н_о = 40-66 м. Уменьшение высоты яруса автомобильного отвала от 20 до 10 м, при неизменных остальных параметрах, влечет на 4-26% рост оптимальной высоты отвала до 80-146 м при _я = 0,5 и 64-110 м при _я = 0,9. Когда удельные расходы на транспортирование пород снижается вдвое С_т = 2,510^-4 грн./тм, h_я = 10 м, оптимальная высота внешних автомобильных отвалов колеблется от 104 до 171 м при _я = 0,5 и 75-118 м при _я = 0,9.

Выполненные расчеты показали существенную зависимость оптимальной высоты отвала от высоты отвальных ярусов, оптимальное значение которой определяется дифференцированием выражения (1) по h_я. При использовании для доставки пород в отвалы железнодорожного транспорта в формулу (1) добавляются затраты на переукладку железнодорожных путей [5]:

, (3)

где У_п - удельные расходы на переукладку железнодорожных путей, грн./м; А_э - ширина отвальной заходки экскаватора, м.

Рисунок 2 - Зависимость оптимальной высоты ярусов внешних отвалов от их объема и коэффициентов заполнения площади отвальных ярусов при железнодорожном транспорте:

С_т = 110^-4 грн./тм, i_p =35‰, З_з =8,4 грн/м²; сплошные линии - H_o = 60 м; пунктирные -H_o =120 м

Для уменьшения затрат на переукладку железнодорожных путей горные предприятия стремятся к увеличению высоты отвальных ярусов, что является необоснованным с точки зрения транспортных расходов. Рассмотрим это на следующем примере. Так, при отсыпке отвала экскаваторами ЭКГ-8И А_э = 30 м, объемом W_о = 710⁸ м³ одним ярусом высотой h_я = 20 м при У_п = 2,0 грн./м затраты на переукладку железнодорожных путей составляют З_п = 2,333 млн. грн. Складирование того же объема пород двумя ярусами высотой h_я = 10 м ведет к росту расходов на переукладку путей в два раза З_п = 4,666 млн. грн. Однако при этом расходы на подъем породы снижаются с 120,05 млн. грн. до 88,458 млн. грн., т.е. на 31,592 млн. грн., что значительно превышает экономию затрат на переукладку железнодорожных путей.

Соотношение затрат на подъем породы при отсыпке отвала ярусами разной высоты можно рассчитать по формуле:

отвал земля порода природный

, (4)

где h_я1 > h_я2.Вычисления по формуле (4) показали, что при формировании внешнего отвала высотой Н_о = 60 м ярусами h_я1 = 20 м и h_я2 = 10 м соотношение расходов на подъем породы составляет 1,21, т.е. первые превышают вторые на данную величину. Фактические затраты на подъем породы, при заданной высоте яруса, устанавливаются вычислением значения третьего слагаемого выражения (1).

Расчетами установлено, что при высоте отвала Н_о = 60 м и изменении его объема от 100 до 700 млн.м³ оптимальная высота яруса колеблется от 25 м до 33 м при _я = 0,5 и при _я = 0,9 она колеблется от 11 до 14 м (рисунок 2). Когда высота отвала составляет Н_о = 120 м оптимальная высота яруса уменьшается до h_я = 21-29 м при _я = 0,5 и h_я = 6-11 м при _я = 0,9, т.е. снижается на 12-45%, что связано с ростом расходов на подъем породы.

Следовательно, отвалы высотой более 80-100 м целесообразно формировать ярусами минимальной высоты.

Таким образом, приведенные выше расчеты показали, что при поярусной схеме формирования внешних отвалов определение их оптимальной высоты необходимо производить с учетом коэффициентов заполнения площади и высоты отвальных ярусов, расходов на транспортирование пород и использование природных ресурсов.

Перечень ссылок

1. Державні санітарні правила планування та забудови населених пунктів. Київ, 1996.

2. Шестаков В.А., Наличаев Л.А. Экономическая оценка влияния горных работ на продуктивность земель в бассейне КМА. В кн: Разработка рудных месторождений открытым способом. Изд-во УПИ, Свердловск.

3. Дороненко Е.П. Рекультивация земель, нарушенных открытыми разработками. М.: Недра, 1979.

4. Темченко А.Г. Изыскание оптимальных схем развития экскаваторных отвалов с учетом рационального использования земель. Автореферат на соиск. учен. степени канд. техн. наук. Кривой Рог, 1978.

5. Русский И.И. Отвальное хозяйство карьеров. М.: Недра, 1971.

Размещено на Allbest.ru