CC BY
25
- © И.В. Соколов, Ю.Г. Антипин,
И.В. Никитин, 2014
УЛК 622.271/272.001.572
И.В. Соколов, Ю.Г. Антипин, И.В. Никитин
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СПОСОБА И СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ КРУТОПАДАЮЩИХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ*
Разработаны методические положения по выбору способа и схемы вскрытия подка-рьерных запасов крутопадающих рудных месторождений. Установлены специфические факторы, определяющие эффективность и влияющие на формирование варианта вскрытия. На основе созданной экономико-математической модели определены эффективный вариант и оптимальная высота этажа при вскрытии подкарьерных запасов крутопадающего рудного месторождения по критерию дисконтированных суммарных капитальных затрат на вскрытие и эксплуатационных затрат на транспортирование рудной массы.
Ключевые слова: комбинированная разработка, способ вскрытия, схема вскрытия, специфические факторы, экономико-математическое моделирование, высота этажа, критерии эффективности, капитальные и эксплуатационные затраты.
С позиций системного подхода горнотехническую систему вскрытия при комбинированной разработке можно определить как совокупность взаимосвязанных элементов, функционирующих в условиях близости выработанного карьерного пространства и обеспечивающих доступ к запасам месторождения или его части в целях реализации главной (выдача рудной массы на поверхность) и вспомогательных (проветривание выработок, водоснабжение, водоотлив, спуск и подъем людей, доставка материалов, оборудования и др.) функций.
Вскрытие месторождения характеризуется способом и схемой [1, 2]. Под способом вскрытия понимается тип и количество главных вскрывающих выработок, под схемой вскрытия - пространственное расположение различных по назначению вскрывающих выработок.
Установлено, что на эффективность вскрытия подкарьерных запасов оказывают влияние совокупность внутренних (конструктивные, технологические и функциональные параметры) и внешних условий (природные, горнотехнические, геоэкономические и специфические факторы) [3]. К специфическим факторам, присущим комбинированной разработке месторождения, отнесены: схема комбинированной разработки (последовательная, параллельная), место заложения вскрывающих выработок (карьер, поверхность), объем запасов и их пространственное расположение относительно карьера (прибор-товые, подкарьерные), глубина карьера и разработки, технология очистной выемки, определяющая состояние карьера (с поддержанием, без поддержания выработанного пространства).
* Исследования выполнены при поддержке Программы № 27 Президиума РАН «Фундаментальный базис инновационных технологий оценки, добычи и глубокой переработки стратегического минерального сырья, необходимого для модернизации экономики России» (Проект 12-П-5-1019).
Универсальным методом исследования сложных систем, отличающихся невозможностью лабораторного или промышленного эксперимента, считается экономико-математическое моделирование (ЭММ) [4]. На основе методики, алгоритма расчета и компьютерной программы создана ЭММ, отличающаяся учетом специфических факторов, позволяющая установить оптимальные параметры вскрытия, произвести сравнительную оценку и выбрать наиболее эффективный вариант вскрытия подкарьерных запасов при комбинированной разработке рудных месторождений. Адекватность модели подтверждена хорошей сходимостью результатов моделирования и проектных данных Молодежного месторождения (расхождение составляет не более 7%) [5].
Методика технико-экономической оценки вариантов вскрытия при комбинированной разработке крутопадающих рудных месторождений, основанная на учете глубины подземной разработки, размеров выработанного карьерного пространства и возможности его использования для строительства выработок и транспортирования руды, предполагает решение комплекса последовательных задач:
1) Формирование и анализ массива исходной горно-геологической и горнотехнической, геоэкономической информации об условиях освоения месторождения;
2) Принятие на экспертном уровне диапазона оптимизируемого параметра и шага его изменения;
3) Определение годовой производственной мощности предприятия по горным возможностям;
4) Изыскание и конструирование рациональных вариантов вскрытия на основе их систематизации [3] путем логического сопоставления необходимых условий применения способов и схем вскрытия с реальными горно-геологическими и горнотехническими условиями конкретного месторождения;
5) Расчет технико-экономических показателей по каждому сконструированному варианту.
Капитальные затраты на вскрытие по ¿-му варианту в £-ом году освоения подкарьерных запасов ( ) рассчитываются как отношение суммарных капитальных затрат к сроку строительства рудника, руб./год
К =
у нк - из + нэтш, + ик
Знз + X-¿-¿—¿-3ов + Ькв Бкв Зкв + Ьрт пшт( ш. + 1) в30 Зэ"
¿ ;=1 Б1п в ¿1 " "
1 Г / ,1 11 Гов I
+ Цод( ш. +1) 3од + Зо
12
/
Loв -^кв ^эш
I i 1
—+-+-
ов 0 кв л эи
и 2и. 4и.
V ¿ ¿ ¿
где З.нз - затраты на сооружение надшахтных зданий, руб.; Нк - глубина карьера, м; И.3 - глубина заложения вскрывающей выработки от поверхности, м. При заложении выработки на поверхности И.3 = 0; Н.эт - высота этажа, м; ш. - количество этажей (эксплуатационных и концентрационных), шт.; И.к -длина рудоспуска на концентрационный горизонт, м; р.. - угол наклона "-ой вскрывающей выработки, град.; У - количество вскрывающих выработок, шт.;
- площадь поперечного сечения "-ой вскрывающей выработки, м2; 3°в - затраты на строительство 1 м3 "-ой вскрывающей выработки, руб./м3; Liкв - суммарная длина квершлагов (заездов на горизонт), м; в™ - площадь поперечного
сечения квершлага, м2; 3™ - затраты на строительство 1 м3 квершлага, руб./ м3; Lрт - длина рудного тела по простиранию, м; п.ш - количество штреков на этаже, шт.; в.30 - площадь поперечного сечения этажного штрека, м2; 3.эш - затраты на строительство 1 м3 этажного штрека, руб./м3; Цод - объем камерных и околоствольных выработок на горизонте, м3; 3.од - затраты на строительство 1 м3 камерной и околоствольной выработки, руб./м3; 3°б - затраты на приобретение проходческого и технологического оборудования, руб./м3; ^ов, ^кв, ^эш - суммарная длина основных вскрывающих выработок, квершлагов и этажных штреков, м; и°в, и™, и.эш - скорость строительства основных вскрывающих выработок, квершлагов и этажных штреков, м/мес.
Эксплуатационные затраты на процессы, связанные со вскрытием, по ¿-му варианту вскрытия в £-ом году освоения подкарьерных запасов (Э ) определяются как отношение суммарных эксплуатационных затрат к продолжительности отработки подкарьерных запасов, руб./год;
Э* =
с г
кнп
Нк - Ьз + 0,5нэт+ Ьк
\\
б1П Рр
Б1П Ю¿
зп
Ш: + 1
А ^
3Р"
У
0,вск(1 -П) (1 - Р)
/
0рвск(1 - П) Лгод(1 - Р)
где Нподд - норма годовых отчислений на поддержание горных выработок; ю. -угол наклона карьерного транспортного съезда, град.; 01вск - вскрываемые запасы месторождения, тыс. т; 3.под - затраты на подъем 1 т добытой руды по 1 км горной и карьерной выработки, руб./т; 31тр - затраты на транспортирование 1 т добытой руды по 1 км горной выработки, руб./т-км; П - коэффициент, учитывающий потери руды при добыче, дол. ед.; Р - коэффициент, учитывающий разубоживание руды, дол. ед.; Агод - годовая производственная мощность рудника, тыс. т/год.
6) Оценка вариантов и их сравнение по критерию минимума дисконтированных затрат (Д3), получаемых путем суммирования разновременных капитальных затрат на вскрытие и эксплуатационных затрат на транспортирование руды, руб.
Д3р= к(к' +Э*<17Ег ^т'П ,
где Т - продолжительность освоения (строительства и эксплуатации) подкарьерных запасов, лет; Е - норма дисконта, доли ед.
Критерии эффективности (приведенные затраты, прибыль), не учитывающие временной фактор, не отвечают условию оптимальности, так как не позволяют соизмерить затраты в динамике развития горного производства. Критерий чистого дисконтированного дохода [6] включает в себя показатели (доход от реализации продукции, эксплуатационные затраты на добычу руды), напрямую не связанные со вскрытием. Поскольку при равной производственной мощности и технологии отработки, абсолютная величина данных показателей будет одинакова, то на выбор варианта вскрытия влияния они не окажут, следовательно, являются излишними.
Для условий последовательной схемы комбинированной разработки (глубина карьера 260 м) глубокозалегающего (500 м) крутопадающего (50°) мощного
Рис. 1. Вскрытие двумя вертикальными стволами
(40 м) протяженного (600 м) рудного месторождения, рудником с производственной мощностью 400 тыс. т руды в год, проведено ЭММ трех сконструированных вариантов вскрытия:
1. Двумя вертикальными центрально-расположенными стволами с поверхности - главным скиповым сечением в = 27,3 м2 и вентиляционно-вспомогатель-ным в = 38,5 м2, этажными квершлагами в = 14,1 м2 и штреками в = 16,4 м2, одним концентрационным горизонтом в = 9,6 м2 с оборудованием у ствола дро-бильно-дозаторного комплекса (рис. 1). Транспорт руды по концентрационному горизонту - электровозный в вагонетках емкостью 4 м3. Доставка руды из блока до капитальных рудоспусков в = 10 м2 - ПДМ типа БапС^к ЬИ 410. Спуск самоходного оборудования (СО) - по вспомогательному стволу.
2. Наклонным (р = 18°) конвейерным в = 10,7 м2 и вертикальным венти-ляционно-вспомогательным в = 38,5 м2 стволами с поверхности, этажными квершлагами и штреками в = 16,4 м2 с оборудованием у ствола этажных дро-бильно-загрузочных комплексов (рис. 2). Транспортирование руды по штрекам и квершлагам до ствола - автосамосвалами типа БапС^к ТИ 540. Доставка руды из блока до погрузочных пунктов в автосамосвалы - ПДМ типа БапС^к ЬИ 410. Спуск СО - по вспомогательному стволу.
3. Автотранспортным уклоном (р = 8°) из карьера и вентиляционно-вспомо-гательным наклонным съездом (р = 12°) с поверхности в = 18,3 м2, заездами и этажными штреками в = 16,4 м2 (рис. 3). Транспортирование руды по штрекам эксплуатационных горизонтов и автоуклону до перегрузочного пункта в карьере производится автосамосвалами типа БапС^к ТИ 540, на поверхность -по карьерным съездам автосамосвалами типа БелАЗ 75810. Перегрузочный пункт оборудуется на нижнем уступе карьера, применяется экскаватор типа ЭКГ-4. Доставка руды из блока до мест погрузки в автосамосвалы - ПДМ типа БапсМк ЬИ 410.
Рис. 3. Вскрытие автотранспортным и вспомогательным уклонами
Для всех вариантов вскрытия приняты одинаковыми: заложение вскрывающих выработок в лежачем боку месторождения, шаг вскрытия на всю глубину разведанных запасов, нагнетательный способ проветривания, этажно-камер-ная система разработки с закладкой выработанного пространства, показатели извлечения полезного ископаемого (потери - 4%, разубоживание - 8%). Скорости проходки горных выработок, удельные капитальные и эксплуатационные затраты на транспорт и подъем руды принимались по аналогии с действующими предприятиями Учалинского ГОКа. Дисконтирование проводилось для условий стабильной экономики при норме дисконта 6% [7].
Оптимизация важнейшего параметра вскрытия - высоты этажа - производилась в диапазоне от 40 до 100 м с шагом изменения 20 м. Количество этажей рассчитывалось исходя из отношения глубины разработки к высоте этажа с округлением в большую сторону. Результаты ЭММ представлены в таблице и на рис. 4.
Расчет дисконтированных затрат по вариантам вскрытия
Наименование Высота этажа, м Число этажей, шт. Объем ГКР, 3 тыс. м Длина транспорт. руды, м Высота подъема руды, м Срок стр-ва, лет Срок отр-ки, лет Кап. затраты, млн руб. Экспл. затраты, млн руб. Дисконт. затраты, млн руб.
Вариант 1 40 6 230 823 550 9,2 56 1012 2068 1160
60 4 174 823 7,8 874 1679 1041
80 3 147 823 7,1 784 1510 956
100 2 126 823 6,5 753 1291 864
Вариант 2 40 6 212 549 1183 8,3 56 914 1917 1036
60 4 162 493 7,2 790 1881 994
80 3 137 459 6,7 728 1859 950
100 2 118 383 6,2 680 1812 923
Вариант 3 40 6 227 4034 - 6,9 56 547 3083 1047
60 4 186 3931 6,1 446 3006 985
80 3 166 3810 5,8 397 2930 921
100 2 154 3641 5,5 365 2812 864
Вскрытие двумя вертикальными стволами
Вскрытие наклонным и вертикальным стволами
Вскрытие аатоуклоном и наклонным съездом
60 80 100 Высота этажа, м
Рис. 4. Зависимость дисконтированных капитальных и эксплуатационных затрат на вскрытие от высоты этажа
Проведенное ЭММ вариантов вскрытия подкарьерных запасов мощного крутопадающего рудного месторождения позволило установить области их эффективного применения:
• при высоте этажа 40-50 м наиболее эффективно вскрытие наклонным и вертикальным стволами с поверхности за счет меньших объемов горно-капитальных работ и эксплуатационных затрат на подъем руды;
• при высоте этажа 50-100 м - автоуклоном из карьера и наклонным съездом с поверхности за счет меньших продолжительности строительства рудника и капитальных затрат на проведение вскрывающих выработок;
• при высоте этажа 100 м вскрытие двумя вертикальными стволами с поверхности и автоуклоном из карьера в сочетании наклонным съездом с поверхности равноценны;
• оптимальная высота этажа по минимуму дисконтированных суммарных капитальных и эксплуатационных затрат на вскрытие (864 млн руб.) равна 100 м.
1. Воронюк А. С. Классификация способов и схем вскрытия рудных месторождений // Труды Дальневосточного государственного технического университета. -2005. - № 139. - С. 58-73.
2. Супруненко A.H. Системный подход к терминологии способов и схем вскрытия и подготовки шахтного поля // Горный журнал. - 2013. - № 4. - С. 38-44.
3. Соколов И.В., Антипин Ю.Г. Систематизация и экономико-математическое моделирование вариантов вскрытия подземных запасов при комбинированной разработке
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
месторождений // Горный журнал. - 2012. -№ 1. - С. 67-71.
4. Соколов И.В., Смирнов A.A., Антипин Ю.Г., Никитин И.В., Барановский К.В. Выбор варианта вскрытия подземных запасов при комбинированной разработке месторождений на основе экономико-математического моделирования // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2013.- № 9. - С. 357-362.
5. Соколов И.В. Оценка эффективности подземной геотехнологии при обосновании стратегии комбинированной разработки
рудных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2011. - ОВ № 11. - С. 480-493.
6. Виленский П.Л., Лившиц В.Н., Смоляк С.А. Оценка эффективности инвестиционных проектов. Теория и практика. - М.: Дело, 2008. - 1104 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
7. ВНТП 13-2-93. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятия металлургии с подземным способом разработки. - СПб, 1993. -288 с. ЕШ
Соколов Игорь Владимирович - доктор технических наук, зав. лабораторией, Антипин Юрий Георгиевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Никитин Игорь Владимирович, - младший научный сотрудник, Институт горного дела Уральского отделения РАН, e-mail: [email protected].
UDC 622.271/272.001.572
MODELING AND OPTIMIZATION OF UNCOVERING METHOD AND SCHEME FOR STEEP ORE BODIES UNDER OPEN PIT BOTTOM
SockolovI.V., Doctor of Technical Sciences, Head of Laboratory, Antipin Yu.G., Candidate of Engineering Sciences, Senior Researcher, Nikitin I.V., Junior Researcher,
Institute of Mining of Ural Branch of Russian Academy of Sciences, e-mail: [email protected].
Methodical propositions on selection the process and pattern of development under-pit reserves of ore deposits are worked out. Specific factors defining the efficiency and influencing on forming the variant of development are determined. The efficient variant and optimum floor height during development under-pit reserves of a deep-bedding steep-falling ore deposit are defined in terms of the set up economic and mathematical model; they are defined by the criterion of discounted total capital outlays on development and operating costs on ore mass transportation.
Key words: combined mining, method of development, pattern of development, specific factors, economic and mathematical modeling, floor height, efficiency criteria, capital and operating costs.
REFERENCES
1. Voronjuk A.S. Trudy Dal'nevostochnogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2005, no 139, pp. 58-73.
2. Suprunenko A.N. Gornyj zhurnal, 2013, no 4, pp. 38-44.
3. Sokolov I.V., Antipin Ju.G. Gornyj zhurnal, 2012, no 1, pp. 67-71.
4. Sokolov I.V., Smirnov A.A., Antipin Ju.G., Nikitin I.V., Baranovskij K.V., Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2013, no 9, pp. 357-362.
5. Sokolov I.V., Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2011, Special issue no 11, pp. 480-493.
6. Vilenskij P.L., Livshic V.N., Smoljak S.A. Ocenka jeffektivnosti investicionnyh proektov. Teorija i praktika (Evaluation of investment project efficiency. Theory and practice), Moscow, Delo, 2008, 1104 p.
7. VNTP 13-2-93. Normy tehnologicheskogo proektirovanija gornodobyvajushhih predprijatija metallur-gii s podzemnym sposobom razrabotki (VNTP 13-2-93. Underground mine preproduction planning standards in metallurgy industry), Saint-Petersburg, 1993, 288 p.
A
