Методика выбора направления развития горных работ в плане и в углубке (на примере Новороссийского месторождения мергелей) Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © М.А. Земляной, Ю.И. Разоренов,

2009

УДК 622.271

М.А. Земляной, Ю.И. Разоренов

МЕТОДИКА ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ РАБОТ В ПЛАНЕ И В УГЛУБКЕ (на примере Новороссийского месторождения мергелей)

На примере Новороссийского месторождения мергелей производится обоснование выбора направления развития горных работ в плане и в углубке. Выбор направления производится с учетом содержания полезных компонентов в телах породообразующих элементов. Параметры элементов системы разработки определяются с учетом выбора направления развития горных работ, как в плане, так и в углубке. Ключевые слова: углубка, мергель, минеральное сырье.

M.A. Zemlyanoy, Y.I. Razorenov THE METHOD OF CHOOSING THE DIRECTION FOR THE MINING WORKS IN PLAN AND IN DEEPENING (on the example of Novoro-siykoe marlstone deposit)

On an example of the Novorossisk deposit mergel the substantiation of a choice of a direction of development of mountain works by way of and in a direction of downturn is made. The choice of a direction is made in view of the maintenance of useful components in bodies elements. Parameters of elements of system of development are defined in view of a choice of a direction of development of mountain works, both by way of, and in a direction of downturn.

Key words: deepening, marlstone, minerals.

Я Ж овышение эффективности рабо-АЛ. ты горных предприятий пром-стройматериалов диктует новые требования к решению задач, связанных с выбором направления развития горных работ в плане и в углубке, с обоснованием параметров элементов систем разработки с учетом выпуска готовой продукции (в частном случае - цемента). Существующие методики по обоснованию направления развития горных работ имеют существенные недостатки применительно к отработке нагорного месторождения минерального сырья для производст-

ва цемента. В них недостаточно учитываются параметры элементов системы отработки запасов минерального сырья. Слабо освещены вопросы, связанные с формированием качества добываемого минерального сырья по комплексу породообразующих элементов.

Месторождение мергелей (г. Новороссийск) представлено крутопадающими телами (пачками) полезного ископаемого общей мощностью свыше 450 м с изменяющимся содержанием основных породообразующих элементов (Са-СОз, АЬОз, 8102 и Fe2Oз).

Задачу обеспечения требуемой стабильности качества добываемого сырья необходимо решать на основании определения рациональной последовательности отработки запасов карьерного поля как в плане, так и по направлению углубки.

Исходной информацией для формирования направления развития фронта добычных работ в плане служит картина пространственной изменчивости породообразующих элементов в минеральном сырье, которую устанавливают по данным предварительной и детальной разведки месторождения и представляют в цифровом или графическом виде.

Так на рис. 1 представлены зоны (тела) с различным содержанием СаСО3.

Для выбора рационального направления развития фронта работ (выделение первоочередных зон отработки) в плане необходимо установить зависимость А1203 от СаСО3.

На рис. 2 представлена зависимость ЛЬОз от СаСОз.

Функция регрессии имеет вид уА1л = 10,6-0,103-х , %

где х - содержание СаСО3 в мергеле, %.

Коэффициент корреляции Rх,у. = 0,95. По критерию Фишера F > ^ = 71,32

расч табл '

На основании проведенных

ний и анализа полученных данных ботана технологическая схема добычи лезного ископаемого (перемещение фронта

Рис. 1. Схема залегания тел мергеля с различным содержанием СаСО3 В18- «Выгсокие» мергели с присущим содержанием СаСО3,

работ в плане), позволяющая повысить эффективность управления качеством

того мергеля. Новый вариант технологической схемы бычи мергеля

вает развитие направления ведения горных работ в не путем проведение ной траншеи вкрест простирания тел лезного ископаемого, обеспечивая тивную отработку блоков с учетом необходимого соотношения щих элементов мергеля (рис. 3).

Информация о распределении породообразующих элементов в телах полезного ископаемого и интеграция параметров технологической схемы добычи и ценности минерального сырья определяет направление развития фронта работ в пространстве.

Для обоснования рациональной последовательности отработки тел полезного ископаемого разработан метод определения направления углубки на основе трапециевидно-блочной геолого-

промышленной модели месторождения, который позволяет производить рованную оценку ценности сырья и параметров гической схемы добычи геля. Основным элементом модели является ячейка с поперечным сечением в виде трапеции.

Рис 2. Зависимость содержания А1203 от содержания СаСО3 в мергеле

1 , В1 / В8 В4 Г — В6 В7 В3

В2 ! В3 i В4 Е В4 В4

В5 jU- В2 В3 В1 В7

г_ В4 \f В6 В2 1 В5 3 В2 В4 ^

80 м В2 Ж-В3 В3 В6 И В4 В5

] В3 1 Гор + 170 м Е В5 В2 В4 В3 - В3 В4

В2 В2 = В5 \

В1 i В1

В2 В2 - В3 L В5 В3 _ В2 3

В3 W В5 " В2 - В2 i ' В2 ; /в1 /

Рис. 3. Технологическая схема добычи мергеля при новом варианте

Трапециевидную форму ячейке придают высота уступа и угол залегания тела мергеля с учетом вмещающих породных прослоек. На основе корреляционно-регрессионного анализа для каждой трапециевидной ячейки рассчитывают содержание СаСО3, Лl203 и SiO2 в мергеле по трем и более скважинам, расположенным внутри элементарного трапециевидного блока.

Поскольку каждая трапециевидно-блочная ячейка характеризуется различным по величине составом породообразующих элементов и горнотехническими условиями отработки тел полезного ископаемого, то формирование ценности минерального сырья, поступающего непосредственно на обжиг, происходит с учетом зависимости извлекаемой ценности сырья от содержания СаСО3, силикатного и глиноземного модулей представленной на рис. 4.

Функция регрессии имеет вид ц = 23,74-0,0641 х2 +15,52х22 +36,46х32

где х1-содержание СаСО3, доли ед.; х2 -величина силикатного модуля п, доли ед.; х3 - величина глиноземного модуля р, доли ед.

Множественный циент корреляции Rx,y= 0,95. По критерию Фишера Fpac4 = 12,5; Ft36 = 4,9.

Увеличение зоны

мальности (рис.3)

гает S1 ^ max, S2 ^ max, S3 ^ max. С увеличением S1, S2, S3 повышается ческая эффективность

изводства цемента за счет снижения величины

нения корректирующих бавок. Однако S2, S3 имеют ограничения по величинам, влияющим на качество сырья, идущего на обжиг. Оптимальные параметры пир определяются при-няемым оборудованием и технологий производства цемента.

Величины S1, S2, S3 определяются

следующей формулой

b

S = j f (M)dx,

a

m b m b

S2=Y jf (n)dx S3 = Y jf (p)dx

'=i a, <=i a

где ai и bj - отрезок с границами ai и b в i-й зоне оптимальности; m - количество участков в i-й зоне оптимальности, шт.

Управление параметрами (S1, S2, S3) происходит за счет вариации направлением развития фронта горных работ как в плане, так и в углубке на основе геолого-промышленной модели месторождения с учетом прибыли и затрат.

Для обоснования рациональных параметров (высота уступа, ширина заход-ки) с учетом понижения фронта горных работ и ценности добываемого сырья необходимо установить зависимости высоты уступа и ширины заход-ки.

Ц, руб/т

Зона

оптимальности

35

N Р, кг/т

Рис. 4. Функция зависимости извлекаемой ценности сырья от содержания в нем силикатного, глиноземного модулей и СаСО3: ц - извлекаемая ценность минерального сырья от содержания СаСО3; п - глиноземный модуль; р - силикатный модуль; S1, 82, - площадь, ограниченная зоной оптимальности по извлекаемой ценности, глиноземного и силикатного модулей соответственно,

ед2.

С учетом того, что тела мергеля имеют разную величину содержания породообразующих элементов и горизонтальную мощность от 10 до 70 м, то главным условием при обосновании контура крайних заходок и высоты уступа является величина примешиваемых запасов с различным содержанием породообразующих элементов.

Величина СаСО3 - ц, содержащаяся в исходной горной массе (в телах полезного ископаемого) является главным условием при обосновании контуров крайних заходок и высоты добычного уступа (рис. 5).

Максимальное значение А1 и А2 определяется в соответствии с заданным

содержанием СаСОз в добываемом сырье.

(

А = н ■

¥1 V ¥1 ¥1

л

А5 = 2ц • h /

Формирование направления углубки по содержанию СаСОз в телах полезного ископаемого, на основе трапециевидно-блочной геолого-про-мышленной модели месторождения (рис. 6).

При сравнении вариантов технологических схем добычи мергеля в качестве критерия их эффективности

Рис. 5. Схема к обоснованию высоты уступа и контура крайних заходок: Бп1 и Sп2 - площадь сечения примешиваемого полезного ископаемого с различным содержанием породообразующих элементов в крайних заходках при базовом варианте, м2; Бд - площадь сечения добываемых (промышленных) запасов, м ; S п1 и S п2 - площадь сечения примешиваемого полезного ископаемого с различным содержанием породообразующих элементов в крайних заходках при новом варианте, м2; у - угол падения залежи мергеля, град; а - угол откоса рабочего уступа; А1, А2, А5, А6 - значение ширины заходок примешиваемых пород с различным содержанием породообразующих элементов соответственно со стороны лежачего и висячего боков. А3 и А7 - значение ширины первых заходок при базовом и новом вариантах, Мд и Мп - ширина блока отработки по дну и верху заход-ки, м; Н и Н1 - высота уступа при базовом и новом варианте, м.

Рис. 6. Схема к определению направления углубки при поэтапной отработке многокомпонентного месторождения мергеля для производства цемента

может быть принята сумма дисконтированной прибыли за вычетом капитальных вложений, которая представлена следующей формулой (руб/т)

I I

£ Прг1= £ Г1 - Л ) X

(=1 е=1

I

р —1 х£ А, {Чдмв! — сдмв,) / (1 + Е)(р + =1

I

р —1 +£ АН1 (цдмШ — сдлш1) / (1 + Е )(р — =1

—£ ±К, (1 + уЕк)<•—£ Уос,, (=1 =1 (=1

где Ав - производственная мощность карьера в ^й год по мергелю со стохастическим в содержанием породообразующих элементов, т/год; Ай - производственная мощность карьера в ^й год по мергелю с детерминированным содержанием породообразующих элементов, т/год; Ццй и сдй - извлекаемая ценность добываемого минерального сырья с со стохастическим в содержанием породообразующих элементов и эксплуатационные затраты на его добычу и переработку в ^й год, руб/т; - часть за-

1. Воробьев В.А. Строительные материалы. - М.: "Высшая школа", 1973.-376 с.

2. Казикаев Д.М. Геомеханика подземной разработки руд: Учебник для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. - 542 с.: ил.

пасов подлежащих временной консервации, доли ед; Лд - доля затрат на корректировку сырья для производства цемента, доли ед.

Методика включает в себя следующие ограничения:

по производственной мощности карье-/

р п

ра ££чА < А- ;

=1 =1

по объему сырья, поступающего на перерабатывающие предприятия

п т

£ у,- £ у„, я А < А"ершах; <■=1 1=1

по спросу на продукцию

п

£ у, я - А < аш ж; <■=1

по объему обязательных поставок

п

£ у, я„ А > т. <■=1

где 41 - объем i-го минерального сырья, участвующего в производстве цемента, доли ед.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Чирков А.С. Добыча и переработки строительных горных пород: Учебник для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. - 623 с.

И'.ГЛ

— Коротко об авторах

Разоренов Ю.И. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Подземная

разработка месторождений полезных ископаемых», [email protected]

Земляной М.А. - кандидат технических наук, докторант кафедры «Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых», [email protected]

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ),