Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 622.271

Казахский национальный технический университет им. К.И.Сатпаева,

Алматы, Казахстан

ПОКАЗАТЕЛИ ДОСТУПНОСТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ИЗ НЕДР ПРИ ОТКРЫТЫХ РАБОТАХ

Б.Р. Ракишев

Досліджено показники доступності вилучення мінеральних ресурсів з надр при відкритих гірничих роботах. Виконано типізацію складноструктурних блоків для керування вилучення запасів руд на кар'єрах.

Исследованы показатели доступности извлечения минеральных ресурсов из недр при открытых горных работах. Выполнена типизация сложноструктурных блоков для управления извлечением запасов руд на карьерах.

При открытой разработке месторождений полезное ископаемое, как известно, добывается сверху вниз и различных направлениях на горизонтах, в таком порядке и объеме, при котором достигается отгрузка сырья требуемого качества. Для обеспечения стабильной работы предприятия по добыче возникает необходимость в установлении текущих запасов по всем видам пород, так как в большинстве случаев невозможно четко выделить контуры рудных тел.

По степени доступности горных пород для извлечения из массива различают подготовленные, вскрытые и готовые к выемке запасы 1,2. Однако так называемые “подготовленные запасы” не сопровождаются соответствующим этому понятию обоснованием. В работе 1 описывается процесс подготовки уступов, подлежащих разработке. Для первого уступа подготовка осуществляется путем зачистки его верхней поверхности для проведения первоначального технологического процесса открытых горных работ. Для нижерасположенных уступов подготовка заключается в отодвигании вышерасположенных уступов на такие расстояния, при которых на этих горизонтах создавались бы соответствующие рабочие и нерабочие площадки нужных размеров. Эти физически не существующие объемы пород названы подготовленными запасами.

Согласно 2 к подготовленным отнесены запасы уступов (из объема вскрытых) с обнаженными верхней и боковой поверхностями (выполнены горноподготовительные работы, предусмотренные проектом). Они ограничены сверху верхней обнаженной поверхностью уступа, снизу -- подошвой уступа, сбоку -- со стороны добычных работ -- обнаженной поверхностью откоса уступа, со стороны массива полезного ископаемого -- поверхностью, построенной от границы предохранительной бермы вышележащего уступа под углом откоса, предусмотренным проектом.

Те объемы пород, которые могут быть вовлечены в начальные технологические процессы, предшествующие выемочно-погрузочным работам на верхнем уступе карьера представляют собой вскрытые запасы. Объемы пород нижележащих уступов освобожденные за счет подвигания вышележащих уступов на необходимые расстояния включаются в состав вскрытых запасов. Таким образом, подготовленные запасы в приведенных в 1,2 изложениях дублируют понятие “вскрытые запасы”.

Реально в рабочей зоне карьера существуют лишь вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород, что подтверждается опытом работы действующих карьеров 3. В целях выполнения программы предприятия по конечной продукции целесообразно устанавливать объемы вскрытых и готовых к выемке запасов горных пород на каждом горизонте, экскаваторном блоке карьера на определенные периоды его работы. Это связано с тем, что все действующие нормативы предусматривают планирование только запасов полезного ископаемого, в результате чего из сферы управления выпадает значительная часть объекта открытой разработки - вскрышные породы. Последние по существу предопределяют основные направления развития добычных работ. При разработке сложноструктурных рудных месторождений объемы полезного ископаемого и “пустых пород” вообще невозможно разделить до окончания эксплуатационных буровых работ. Они рассчитываются совместно, лишь затем дифференцируются на отдельные виды внутри указанных запасов в зависимости от конкретных горно-геологических условий их залегания. Поэтому речь нужно вести о запасах горных пород по горизонтам рабочей зоны в целом.

Под вскрытыми следует понимать запасы горных пород на самом верхнем уступе - очищенные от естественных и искусственных преград, а на последующих (сверху вниз) уступах - освобожденные от пород вышерасположенных уступов, причем для разработки этих уступов должны быть выполнены предусмотренные техническим проектом горноподготовитель-ные работы.

Вскрытые запасы в пределах рабочей зоны целесообразно определять как сумму запасов составляющих уступов. Вскрытые запасы уступа ограничены: от выработанного пространства откосом и верхней площадкой уступа, снизу - плоскостью основания данного уступа, по флангам - плоскостями, проведенными перпендикулярно к линии фронта работ по концам его длины под углом откоса уступа, а со стороны массива - плоскостью, проведенной от границы верхней площадки верхнего уступа за вычетом ширины транспортной бермы под углом откоса уступа. Ширина верхней площадки первого уступа и ширина транспортной бермы на ней принимаются такими же, как на нижнем уступе при нормальных условиях работы горного и транспортного оборудования.

При современном уровне использования компьютерной техники вычисление площадей и объемов в рабочей зоне не представляет трудностей. Однако для обстоятельного анализа текущего и перспективного состояния горных работ в карьере нужно располагать горно-геометрическими данными рабочей зоны. В этих целях последнюю по ее длине следует разбить (поперечными разрезами) на несколько (m) характерных элементарных участков длиной l_g и для каждого выделенного g-го участка на его поперечном сечении вычислить интересующие величины. Далее в зависимости от характера задачи путем их усреднения или суммирования можно найти искомые объемы в рабочей зоне в целом [3,4].

Таким образом, вскрытые запасы горных пород на 1 м длины элементарного участка g рабочей зоны можно определить по формуле (см. рисунок 1):

, (1)

где В_-1 - ширина рабочей площадки на (-1)-м уступе;

в_т(-1) - ширина транспортной (предохранительной) бермы на (-1)-м уступе; - номер уступа рабочей зоны;

h - высота -го уступа.

Объем вскрытых запасов в рабочей зоне карьера вычисляется как сумма объемов пород ее различных участков, т.е.

, (2)

В целях упрощения записи индекс “g” при S_вз и V_вз опущен.

В случае определения этих запасов по планам горных работ (см. рисунок 1б) они вычисляются из выражения:

. (3)

Под готовыми к выемке следует считать запасы из числа вскрытых, которые готовы к выемке, погрузке и перемещению непосредственно из массива, либо после взрывного или механического рыхления с обязательной прокладкой транспортных коммуникаций. При этом нет надобности в выделении из этого числа объемов отдельно обуренных и взорванных пород, поскольку речь идет о запасах горных пород в массиве (целике). Еще раз следует подчеркнуть, что эти запасы должны находиться в таком состоянии, при котором можно было вести их выемку и погрузку.

Готовые к выемке запасы уступа ограничены от выработанного пространства откосом и верхней площадкой уступа, снизу - плоскостью основания данного уступа, по флангам плоскостями, проведенными перпендикулярно к линии фронта работ по концам его длины под углом откоса уступа, а со стороны массива или его разрыхленной части - плоскостью, проведенной от границы заходки по целику или взорванной массе под углом откоса уступа с учетом коэффициента разрыхления. При взрывной подготовке горных пород первая экскаваторная заходка готовая к выемке, обычно состоит из объема отброшенной части развала. В соответствии с определением готовых к выемке запасов при взрывной подготовке горных пород неготовую к выемке, погрузке и перемещению часть взорванной горной массы следует относить к вскрытым разрыхленным запасам.

Готовые к выемке запасы горных пород в рабочей зоне на 1 пог.м. длины элементарного участка g определяются по формуле (см. рисунок 1б):

Рисунок 1 - Поперечный (а), продольный (в) разрезы и горизонтальная проекция (б) рабочей зоны:

1 - вскрытые запасы уступов, 2 - готовые к выемке запасы уступа в составе вскрытых запасов,

3 - долговременные запасы, 4 - граница долговременных запасов, 5 - следы плоскостей по флангам фронта работ; 6 - боковые грани рабочей зоны

, (4)

где В_з - ширина заходки по целику -го уступа.

Весь объем готовых к выемке запасов в рабочей зоне:

. (5)

По плану горных работ они определяются из выражения:

. (6)

После определения запасов в пределах каждой рабочей зоны суммированием находят общие вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород для карьера в целом. Они легко вычисляются по приведенным выше формулам для каждого рассматриваемого элементарного участка уступа (по высоте и в плане) на компьютере с использованием программы Автокад.

Рассмотренные запасы горных пород относятся к так называемым текущим. Наличие необходимого и достаточного количества таких запасов обеспечивает бесперебойную работу горного предприятия.

Дифференциация различных видов руд внутри указанных запасах может производиться на основе следующей типизации сложноструктурных блоков [3].

тип - блоки, сложенные из сплошных рудных тел различной формы и размеров с прямолинейными (рисунок 2а) или криволинейными (рисунок 2б) контактами с породными прослоями. Контактные линии простираются от одной границы блока до другой. Прямолинейные контакты образуют с горизонтом углы, изменяющиеся от 0 до . Криволинейные контакты имеют любую пространственную ориентацию и расположение, но взаимно не пересекаются.

тип - блоки, сложенные из рассредоточенных рудных включений в виде геометрических фигур различной формы и размеров (многоугольники, эллипсы и т.д.) с прямолинейными (рисунок 2в) или криволинейными (рисунок 2г) контактами с вмещающими породами. Контактные линии или полностью располагаются внутри блока, или частично пересекают границы блока.

В частном случае, первый тип сложноструктурных блоков может быть представлен пластообразными рудными телами относительно выдержанной мощности (контактные линии параллельны) или линзообразными включениями переменной мощности, между которыми размещаются прослои пустых пород, а второй тип сложных блоков - гнездообразными рудными телами различных размеров.

Типизация сложноструктурных блоков позволяет их упорядоточение для выбора рациональных параметров горных технологий при их селективной разработке и имеет ценность лишь в том случае, если упомянутые каким-то образом будут оценены количественно. Упомянутые блоки характеризуются уровнем насыщенности их полезным ископаемым. Это свойство может быть оценено коэффициентом рудонасыщенности блока (k_рн), вычисляемым по формуле:

, (7)

где S_i - площадь сечения i-го рудного включения на данном разрезе блока; S_б - площадь рассматриваемого сечения сложноструктурного блока.

Число сечений зависит от протяженности сложноструктурного блока. Каждое сечение охватывает зону протяженностью равной, как правило, расстоянию между скважинами в ряду. Величины S_i легко вычисляются по выделенным разрезам на компьютере с использованием программы Автокад.

Исходя из практики открытых горных работ нижнее значение рассматриваемого показателя может быть принято равным 0,25, а верхнее значение - 0,75. Это означает, что в большинстве случаев коэффициент рудонасыщенности сложноструктурного блока лежит в пределах 0,25-0,75. В соответствии с этим сложноструктурный блок по степени рудонасыщенности может быть подразделен на:

- более рудонасыщенный (k_рн = 0,75-0,6);

- умеренно рудонасыщенный (k_рн = 0,6-0,4);

- менее рудонасыщенный (k_рн = 0,4-0,25).

Очевидно, чем менее рудонасыщен блок, тем сложнее его отработка без количественных и качественных потерь. Однако, как показывают расчеты и опыт работы горнорудных предприятий, при одном и том же значении показателя рудонасыщенности достигаются различные конечные результаты по извлечению полезных ископаемых из недр. Определяющими параметрами блока в этом случае выступают размеры площадей отдельных рудных включений и линий их контактов с вмещающими породами в рассматриваемом объеме. Последние служат местом формирования потерь и разубоживания. Соотношение между обсуждаемыми геометрическими размерами рудных включений и характеризует степень сложности структуры блока.

Рисунок 2 - Расположение отдельных видов пород в массиве и развале при однорядном взрывании

Этот признак может быть оценен коэффициентом сложности геолого-морфологического строения блока (k_сл), определяемым для рассматриваемого разреза из зависимости:

, (8)

где l_i - длина контактных линий i-го рудного включения с вмещающими породами на данном разрезе; t - толщина слоя вмещающих пород (или руд), попадающих при экскавации в рудную массу (или в отгружаемую породу); S_i - площадь сечения i-го рудного включения на данном разрезе блока.

Расчеты показывают, что для сложноструктурных месторождений рассматриваемый критерий при значении t, равном 0,25 м (десятой части наименьшей мощности рудного слоя), колеблется от 0,1 до 0,3. Причем, чем больше k_сл, тем сложнее структура блока и тем больше источник потерь. Основываясь на этом разнородный рудный блок по характеру строения можно разделить на:

- сложноструктурный (k_сл = 0,1-0,2);

- более сложноструктурный (k_сл = 0,2-0,3).

Следует отметить, что при значении этой характеристики, превышающем 0,3 селективная выемка полезного ископаемого по экономическим соображениям становится весьма проблематичной, так как текущие потери (разубоживание) достигают больших размеров.

По состоянию запасов на определенный момент времени различают также долговременные запасы горных пород. Они могут быть извлечены из карьерного поля при остановке горных работ на верхних горизонтах карьера. Они ограничены: сверху плоскостью основания первого рабочего уступа, снизу - плоскостью основания нижнего рабочего уступа, по флангам - боковыми гранями рабочей зоны, со стороны массива - плоскостью, проведенной от границы верхней площадки первого уступа за вычетом ширины транспортной (или предохранительной) бермы под углом нерабочего борта карьера в предельном положении, а со стороны вскрытых запасов - совокупностью откосов уступов, соответствующих границам вскрытых запасов уступов (см. рисунок 1а).

Эти запасы на 1 м длины элементарного участка g рабочей зоны определяются по формуле:

, (9)

а весь объем - по формуле:

. (10)

После определения запасов в пределах каждой рабочей зоны суммированием находят общие вскрытые и готовые к выемке, а также долговременные запасы горных пород для карьера в целом. В целях дифференциации найденные объемы запасов разбивают по видам горных пород и сортам полезного ископаемого. Могут быть отдельно учтены по тем же категориям запасы некондиционных и забалансовых руд. Общие запасы карьера по категориям пород складываются из объемов по отдельным рабочим зонам.

По мере ведения горных работ запасы извлекаются, переходят из одной категории в другую, т.е. находятся в постоянном изменении (движении). Этих запасов должно быть достаточно для бесперебойного выполнения вскрышных и добычных работ. Готовыми к выемке запасами должна быть обеспечена стабильная работа выемочно-погрузочного оборудования, а в добычной зоне еще должно быть обеспечено наличие всех добываемых видов и категорий полезных ископаемых по качеству. Вскрытые запасы на любой момент времени должны обеспечить готовые к выемке запасы. Колебания объемов вскрытых и готовых к выемке запасов должны происходить в строго определенных пределах, не достигая крайне минимальных значений. Отклонение от этого условия может стать причиной нарушения ритмичности работы и уменьшения надежности выполнения календарного плана, т.е. добычи и поставки потребителям согласованного объема полезных ископаемых.

Учет состояния и движения запасов является составной частью общего учета основной деятельности предприятия. Он отражает фактическое состояние запасов в границах каждого экскаваторного блока, степень подготовленности запасов на определенный момент времени, количественные и качественные изменения в запасах, происходящие в связи с уточнением их контуров.

Для выполнения объема работы заданного качества по карьеру необходимо осуществить рациональные распределение запасов по экскаваторным блокам с обеспечением требуемого качества полезного ископаемого. Это в большинстве случаев достигается за счет использования усреднительных складов.

Величина готовых к выемке запасов должны быть тем меньше, чем качественнее запасы, и чем надежнее геологические данные об этих запасах. Чем сложнее месторождение и не равномерно в нем распределены полезные компоненты, тем больше должны быть величины готовых к выемке запасов, чтобы из-за неравномерности запасов или их не подтверждения не потерять возможность производства нормативного качества продукции или снижения себестоимости. Критерий оценки величины готовых к выемке запасов также должен учитывать возможное изменение потерь и разубоживания руды в зависимости от величины запасов.

В качестве нормативных следует принимать оптимальные величины готовых к выемке запасов, т.е. запасов, которые позволяют получить максимальный экономический эффект. Готовые к выемке запасы создают с целью обеспечения плановой производительности предприятия и усреднения качественного состава добываемой руды. Поскольку исходные готовые к выемке запасы блока можно считать заранее заданными, то производительность рудника зависит не от размера готовых к выемке запасов на уступах, а от числа находящихся в работе добычных единиц.

По опыту крупных горных предприятий Казахстана с открытым способом добычи полезного ископаемого при широко распространенных параметрах системы разработки готовые к выемке запасы экскаваторного блока при использовании автотранспорта должны находиться в размерах, обеспечивающих полумесячную - месячную производительность экскаватора, а при использовании железнодорожного транспорта - месячную - полуторамесячную производительность выемочно-погрузочного оборудования. Вскрытие запасы, как правило, равняются 2-3 размерам готовых к выемке запасов. Интересно заметить, что эти объемы при указанных выше параметрах системы разработки соответствуют ширине рабочей площадки, равной 45-60 метрам при высоте уступа 15 и 20 м.

горный порода карьер запас

Перечень ссылок

1. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч.2. - М.: Недра, 1985. - 550 с.

2. Трубецкой К.Н., Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров. - М.: Из-во АГН, 2001. - Т.1. - 519 с.

3. Ракишев Б.Р. Системы и технологии открытой разработки. - Алматы: НИЦ “?ылым”, 2003. - 328 с.

4. Ракишев Б.Р. Рабочая зона карьера и ее параметры // Горный журнал. - 2003. - №3. - С.17-21.

Размещено на Allbest.ru