CC BY
63
УДК 338:622 П.А. Шеметов
ПОВЫШЕНИЕ СТЕПЕНИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 12
¿'Л сновным поставщиком благородных металлов в Узбекистане является мощный, глубокий карьер Мурун-тау. При этом с увеличением глубины разработки природные ресурсы делаются все менее доступными и требуют повышения затрат на их извлечение и транспортировку. В этой связи значительная часть мине-рально-сырье-вых ресурсов месторождения и техногенных образований не предусматривается к использованию по технико-экономическим соображениям. Это обстоятельство наряду с возрастающими потребностями в минеральном сырье и систематическим увеличением его стоимости определяет необходимость создания комплекса научно-технических методов, обеспечивающих возможность вовлечения всех ресурсов в хозяйственный оборот, что позволит получить дополнительную продукцию и продлить срок существования горно-перераба-тывающего комплекса. Поэтому повышение степени использования геоэкономического потенциала месторождений непосредственно связано с количеством и качеством добываемого минерального сырья, а также экономической эффективностью добычи полезных ископаемых.
При разработке крутопадающих месторождений открытым способом затраты на добычу увеличиваются, что в глубоких карьерах повышает для недропользователей привлекательность отработки более богатой части запасов для сохранения высокого уровня прибыли. В результате в недрах остается значительная часть мине-
рального сырья, что противоречит принципам рационального использования недр. Очевидно, что рост затрат на добычу по мере увеличения глубины карьеров связан с повышением доли вскрышных работ и стоимости транспортирования. Следовательно, степень использования запасов месторождения может быть повышена за счет снижения этих затрат, что позволит вовлечь в отработку обедненную часть минерального сырья относительно к забалансовым запасам, сохранив приемлемый уровень прибыли. Целесообразность такого решения повышается на фоне неизбежного падения во времени ресурсного потенциала месторождений.
Таким образом, повышение экономической эффективности горных работ в глубоких карьерах является основой для расширения сырьевой базы и увеличения геоэкономического потенциала месторождений, а проблема в этом случае заключается в поиске комплекса научнотехнических решений, обеспечивающих повышение степени его использования за счет предотвращения или уменьшения негативного влияния роста глубины карьеров на технико-экономические показатели разработки. При этом поиск таких решений должен быть направлен на:
- уменьшение объемов вскрышных работ;
- рационализацию режима горных работ;
- внедрение более экономичных технологий горного производства;
- сокращение потерь минерального сырья;
- оптимизацию производительности системы «карьер - завод».
Сравнительный анализ проектных и фактических параметров открытых горных работ показывает, что, несмотря на прогрессивную роль, которую играет способ открытой разработки в горнодобывающей промышленности, технико-
экономическое обоснование решений, закладываемое в проектах и планах развития карьеров, зачастую бывает чрезмерно упрощенным, что ведет к увеличению объемов вскрыши, следствием которых является упущенная прибыль. Уменьшение объемов вскрышных работ базируется на рационализации параметров борта карьера и реализуется через применение профиля борта переменной кривизны и уменьшения коэффициента запаса его устойчивости с глубиной. Предложен профиль борта, обеспечивающий при равной глубине, ширине по дну и поверхности минимальный объем выработанного пространства карьера, обеспечивающий сокращение объемов горных работ, а также наибольшую устойчивость уступов, поскольку его контур максимально разгружен от напряжений. Такое решение позволяет увеличить угол наклона борта карьера в его нижней части до 50-600 без потери устойчивости на больших глубинах. Расчеты показывают, что применение предложенного профиля борта карьера Мурунтау позволяет увеличить его глубину на 200-250 м по сравнению с проектом без расширения границ по поверхности. Реализация рекомендуемого метода построения профилей бортов осуществляется расчетами по разработанным для ЭВМ программам.
Рационализация режима горных работ базируется на разработанном ком-
пьютерном комплексе проектирования, методах непрерывного планирования и проектирования горных работ и рациональном развитии рабочего пространства карьера с разделением на зоны. При этом
управляемость такого процесса в изменяющихся горнотехнических условиях и дефиците горно-транспортного оборудования предполагает создание иерархически организованной системы природно-техноло-гических зон, в которой карьер является верхним, а экскаваторный забой нижним иерархическим уровнем с характерными размерами, объемами горных работ, задачами и методами управления. Разделение зоны на выемочные блоки осуществляется по общему пространственному или функциональному признаку: выемочные блоки вскрыши, попутной и основной добычи; выемочные блоки целевых работ (изменение схемы вскрытия, создание площадок для внутрикарьерных буферных складов, транспортных и перегрузочных комплексов и т.д.). Сокращение активной части рабочей зоны на вытянутых участках карьерного поля с концентрацией оборудования в выемочных блоках позволяет выполнить поставленную перед природно-технологической зоной задачу. При этом работы на блоках выполняются циклично, последовательно прекращаясь и возобновляясь. Изменение приоритета и значимости природнотехнологических зон во времени требует периодической корректировки планов их развития, а наличие разно-родных грузопотоков - согласованного ведения работ. Для решения этих задач предложен метод непрерывного проектирования и планирования горных работ. Его реализация с использованием комплекса компьютерных программ позволила своевременно принимать корректирующие решения при изменениях горногеологической, технической и экономической ситуации. В результате минимизации объемов работ и корректировке ролевой функции зон доказана возможность увеличения углов капитального борта карьера с 28-310 до 36-380, что является предпосылкой к увеличению глубины разработки и сокращению объема вскрышных работ.
Глубина карьера, м
Рис. 1. Взаимосвязь себестоимости транспортирования горной массы от глубины карьера: а, б -
теоретическая и фактическая себестоимости транспортирования горной массы
Внедрение более экономичных технологий предполагает замену циклич-ной технологии на циклично-поточную технологию. При этом реальная себестоимость транспортирования долж-на максимально быть приближена к теоретически достижимой (рис. 1). Для своевременного выбора и внедрения эффективного вида транспорта и технологий при отработке глубокого карьера установлена взаимосвязь себестоимости транспортирования горной массы и увеличения глубины карьера (рис. 1, а) по минимальным энергетическим затратам. Совмещение теоретического и фактического графиков себестоимости транспортирования горной массы от глубины карьера реализуется через последовательное внедрение менее затратных технологий и менее энергоемкого горнотранспортного оборудования. Приведенный на (рис. 1, б) график характеризует область эффективного использования цикличного и цикличнопоточного видов транспорта в карьере.
Анализ фактической себестоимости транспортирования горной массы показывает, что реальное развитие транспортного звена карьера проводилось не по лучшему сценарию, фактическая себестоимость транспортирования горной массы значительно выше теоретической, рассчитанной по минимальным энергетическим затратам. Автомобильный транспорт эффективен до глубины карьера 150 м, а возможности существующего комплекса ЦПТ практически исчерпаны. При достижении карьером глубины порядка 350-400 м эффективность использования комплекса ЦПТ снижается. Эта тенденция обусловлена: отставанием строительства перегрузочных пунктов от развития горных работ и понижения рабочей зоны, вследствие чего к моменту их ввода в эксплуатацию не происходит запланированного сокращения расстояния транспортирования горной массы и транспортных затрат. Отставание перегрузочных пунктов ЦПТ от зон интенсивного ведения горных работ ведет к
значительным финансовым потерям. В этих условиях предложен проект реконструкции поточного звена ЦПТ IV очереди карьера в котором предусмотрен переход от конвейеров традиционного исполнения к крутонаклонным конвейерам (КНК), т.е. создание нового технологического объекта ЦПТ-руда, позволяющего снизить себестоимость транспортирования горной массы.
Эти же цели преследует оптимизация параметров технологических потоков, что позволяет иметь минимум запланированных затрат. Многообразие природных и горнотехнических условий определяет и многообразие вариантов использования горно-транспортной техники, а инженерной задачей в этом случае является выбор оборудования, наиболее соответствующего конкретным условиям карьера. Исследования технологических потоков на карьерах в различных природных условиях позволяют выбрать оборудование, параметры которого обуславливают возможность его работы с наибольшей отдачей в значительных интервалах изменения высот уступа, средних размеров кусков взорванной горной массы, сложности строения рудных тел и т. п. По результатам проведенного анализа диапазона изменения физико-механических свойств пород и технологических параметров разрыхленных взрывом массивов разработаны номограммы, раскрывающие взаимосвязи емкости ковша экскаватора с: размером среднего куска разрыхленной горной массы и удельным расходом ВВ; высотой уступа и соответствующего ему рациональному диаметру скважин; грузоподъемностью автосамосвала; требуемой площадью рабочей зоны и возможностью выполнения в ней планируемых объемов выемочнопогрузочных работ.
Номограммы позволяют, ориентируясь на емкость ковша экскаватора, определить: допустимый для него размер среднего куска горной массы, сравнить его с фактическим или планируемым размером
куска в забое и определить достаточный для его получения удельный расход ВВ; диапазон возможного изменения высоты уступа и соответствующий диапазон изменения диаметра скважин; рациональный диапазон изменения грузоподъемности автосамосвала; площадь рабочей зоны, требуемой для работы одноковшовых экскаваторов.
Сокращение потерь минерального сырья базируется на следующих технологических, технических и организационных решениях:
- определении границ карьера с учетом перспективных кондиций;
- целенаправленного формирования техногенных месторождений;
- разделении горной массы по сортам при планировании горных работ;
- применении GPS для определения качества руды в самосвале;
- разделении руды по сортам с помощью лазерной техники;
- покусковой сортировки;
- формировании однородного рудного потока.
Разработана структура формирования рудного потока при отработке золоторудного месторождения Мурунтау (рис. 2) на современном этапе развития техники и технологии.
Реализация предварительной сортировки рудной массы осуществляется следующим образом. В процессе планирования горных работ и составления сортовых планов выемочных блоков выделяются участки, где товарная руда контактирует с породой внутренней вскрыши, содержащей руду, и пустой породой. В первом случае посамосвальная сортировка осуществляется на основе данных системы GPS, а во втором - на основе данных фотометрического опробования горной массы в кузове самосвала. При этом товарная руда вывозится самосвалами на ППК или конвейерной линией № 1 на склад, а порода -конвейерной линией № 2 комплекса ЦПТ в отвал.
Рис. 2. Структура формирования рудного потока при отработке месторождения Мурунтау на современном этапе развития техники и технологии:
- предложенные; ----»Настоящее время
Неуклонное снижение содержания в перерабатываемой руде, вызванное
уменьшением доли руды с высоким содержанием явилось главной предпосылкой к переходу на упрощенную технологию отработки рудных тел. Учитывая, что карьер разделен на автономно работающие природно-технологические зоны, каждая из которых имеет индивидуальную целевую функцию развития, то формирование однородных рудных потоков базируется на регулировании количества рудной массы, добываемой в разных зонах.
Возникновение ситуаций, когда богатая или бедная руда будут добываться в количествах, превышающих необходимое количество, рассматривается в качестве неизбежного технологического элемента, сопровождающего разработку месторождения сложного строения. Нейтрализовать отрицательное влияние этого технологического элемента предложено следующим образом. Добычные блоки делятся на две группы. В первую группу выделяются блоки с низким и средним содержанием, из которых формируется «основной фронт
добычи». Во вторую относятся блоки с высоким содержанием, из которых формируется «стабилизирующий фронт добычи». Поблочное планирование и последующий контроль соблюдения плановых сроков подготовки и отработки применяются только в отношении блоков стабилизирующего фронта добычи. Поэтому целью планирования является обеспечение постоянной доли блоков с высоким содержанием металла в общей структуре фронта добычи.
Если в процессе подготовки окажется, что в некотором блоке стабилизирующего фронта добычи качество руды ниже требуемого, такой блок переводится в основной фронт добычи и вместо него вводится другой с высоким содержанием металла.
Для реализации метода были проведены расчеты, позволившие установить граничное значение содержания, по которому выемочные блоки относятся к основному или стабилизирующему фронту работ. Анализ полученных результатов показывает, что качество рудного потока стабилизируется, если за границу раздела при-
1. Взрывание массива с сохранением геологической структуры
иг
2. Селективная выемка сортов рудной массы. V ковша < 8м3; О самосвала < 75 т.
Ж
3. Складирование на 10 секторах ППК
и
4. Погрузка на ж.д. транспорт. Формирование рудопотока на ГМЗ. Управление качеством рудопотока количеством «вертушек» с секторов
а)
1. Взрывание массива с усреднением рудной массы и интенсификацией взрывного дробления
2. Валовая выемка рудной массы с содержанием <5 г/т Селективная отработка рудной массы с содержанием > 5г/т V ковша > 8м3; О самосвала 136^190 т.
Формирование рудопотока на ГМЗ. Управление качеством рудопотока количеством руды из экскаваторных забоев
3. Складирование на основных и подшихтовочных секторах ППК
4. Погрузка на ж.д. транспорт усредненной руды
б)
Рис.3. Структурные схемы формирования рудопотока заданного качества до (а) и после (б) рационализации выемочно-погрузочного комплекса
нять содержание 5 г/т. Поэтому, в первую группу выделяются блоки с содержанием до 5 г/т, а во вторую - более 5 г/т. Технология упрощенной отработки рудных зон, предполагающая девять из десяти выемочных блоков отрабатывать валовым способом и только один - с частичной селекцией, в процессе которой выделена руда с содержанием более 5 г/т, отработана в условиях карьера.
С переходом на упрощенную технологию отработки рудных зон (рис. 3) необходимо определиться с количеством богатой руды, извлекаемой селективно, и целесообразностью вовлечения в отработку «пустых» участков и краевых частей рудных зон. Вовлечение в отработку краевых частей рудных залежей не имеет технологических или технических трудностей, а определяется только экономической целесообразностью выполнения поставленных задач по выпуску золота. Расчеты показывают, что с экономической точки зрения минимально промышленное содержание золота в добываемой руде находится на уровне 0,40^0,45 г/т, что практически вдвое ниже содержания золота в краевой части залежей. Поэтому с экономических позиций вовлечение этих частей в переработку оправданно.
Несколько иная ситуация складывается при вовлечении в отработку участков «пустых» пород внутри рудных залежей, оказывающих значительное влияние на величину потерь и разубоживания при отработке рудных блоков. Как показывает практика, размеры и форма включений таких пород имеют различие по первой и второй рудным залежам. Поэтому способ отработки «пустых» пятен (селективный, валовый или селективно-валовый) должен выбираться индивидуально для каждого конкретного случая. При этом селективный способ предполагает раздельную выемку рудных участков и «пустых» пятен по существующей технологии, валовый - совместную выемку рудных участков и «пустых» пятен, селективноваловый - валовую выемку рудных участков с частью «пустых» пятен и селективной выемкой оставшейся части «пустых» пятен.
Экономический анализ показывает, что включенй^яустого» пятна в выемочный контур опЖ»аг§с®™еМ8Шо металла, получаемой 05«рустого» пя^а, компенсирует его возможные потери при
12,0 ~ Валовая отработка *
лектйвной отработке, а содержание ла в1 °|й>б го соУЪр
6,0
4.0
2.0
ываемои
0,0
2,0
4.0
6.0 8,0
10,0
12,0
14.0
16.0
Площадь “пустого” пятна, м2
Металл в “пустом” пятне, кг
Рис. 4. Номограмма по определению соотношения предполагаемых потерь
металла, площади «пустого» пятна и количества металла в нем
Эти критерии были взяты за основу при определении параметров «пустого» пятна, подтверждающих необходимость его валовой или селективной отработки. Результаты расчетов представлены в виде номограммы (рис. 4) а их анализ позволил для высоты уступа 15 м получить следующие критерии для вовлечения «пустого» пятна в отработку: «пустые» пятна должны находиться внутри рудных контуров, отстроенных по бортовому содержанию 1,0 или 1,5 г/т; площадь «пустого» пятна не должна превышать 300 м2; «пустое» пятно должно иметь относительно сложную форму (Ксл>0,15); ширина вскрываемого участка «пустого» пятна не должна превышать 30 % ширины заходки экскаватора.
Таким образом, уже при подготовке блока к отработке на основе информации о структуре его запасов, в том числе и по «пустым» пятнам (площадь пятна, объем руды и количество металла в нем, а также
предполагаемые потери руды и металла, возникающие при селективной отработке «пустого» пятна) можно решить вопрос о валовой или селективно-валовой выемке «пустого» пятна. Например (рис. 4) если в «пустом» пятне имеется 11 кг металла, то для включения этого пятна в валовую отработку
должны соблюдаться условия: площадь этого
«пустого» пятна должна быть меньше 240 м2; потери, возникающие при селективной отработке «пустого» пятна, должны быть больше 9 кг.
Выпуск золота Навоийским ГМК в ближайшие 4-5 лет будет обеспечиваться в основном за счет карьера Мурунтау. В настоящее время производительность завода определяется директивно с обоснованием в минимальном объеме технической возможности и экономической целесообразности. Под эту производительность подбирается производительность карьера по руде и горной массе. Однако директивное задание годовой производительности карьера по руде в реальной практике далеко не всегда относится к лучшему решению, следствием которого является упущенная прибыль и снижение степени использования геоэкономическо-го потенциала месторождения.
Предложено стратегию (сценарий) развития глубокого карьера разрабатывать на основе использования математической модели функционирования системы
«карьер - завод» по критерию максимального получения прибыли за весь срок существования карьера. На основе математической модели месторождения с использованием компьютерной технологии строится график ведения горных работ в карьере. Построение календарного графика горных работ базируется на заданной производительности карьера по горной масса, производительности перерабатывающего завода и программе выпуска золота, чем оптимизируется производительность системы «карьер - завод».
Заключение.
Результаты работы внедрены в производственную и проектную практику. Рекомендации внедрены при: оценке стратегии развития карьера Мурунтау на перспективу; обосновании рационального соотношения горно-транс-портного оборудования; обосновании эксплуатационных
кондиций на руду; обосновании перехода на упрощенную селективно-валовую отработку рудных зон; разработке ТЭО схемы предварительного обогащения рудной массы; обосновании производительности системы «карьер - завод»; разработке проекта IV очереди карьера Мурунтау Наво-ийского ГМК.
Анализ технико-экономических показателей работы карьера Мурунтау показывает, что применение рекомендаций обеспечивает повышение эффективности работы предприятия, ориентирует проектировщиков на выбор открыто-подземного способа доработки месторождения, создание дополни-тельных циклов по предварительной сортировке рудной массы. Оценка инвестиций в эти производства показала их эффективность и быструю окупаемость.
__ Коротко об авторах
Шеметов П.А. - начальник рудника Мурунтау Центрального Рудоуправления НГМК, кандидат технических наук.
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор
Название работы
Специальность
Ученая степень
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НА УЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЗАЦИИ, МЕХАНИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОМОЩИ СТРОИТЕЛЬСТВУ
БОЛГОВ Автоматизированное проектирование 05.13.12 к.т.н.
Сергей строений с заданным уровнем безопасно-
Владимирович сти функционирования на этапе эксплуа-
тации
