Целесообразное соотношение между видами запасов горных пород на открытых разработках Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Б.Р. Ракишсв, Е.Б. Ракишсв, 2007

УДК 6252.271. 4

Б.Р. Ракишев, Е.Б. Ракишев

ЦЕЛЕСООБРАЗНОЕ СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ВИДАМИ ЗАПАСОВ ГОРНЫХ ПОРОД НА ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТКАХ

Семинар № 16

Существует несколько подходов к определению запасов горных пород по степени подготовленности к извлечению из недр. Наиболее распространенным является критерий - выполнение определенных видов горных работ - горно-капитальных, горно-подготовительных и работ по подготовке запасов уступа к выемке. По этому признаку различают подготовленные, вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород [1-4].

А.И. Арсентьев [1], Я.М. Адига-мов [2] предложили связывать определение вскрытых запасов с вскрытием данных горизонтов, подготовленных - с завершением для них горно-подготовительных работ, готовых к выемке - с освобождением запасов от расположенного на них оборудования и сооружений (рис. 1).

Вскрытые запасы - это те, к которым обеспечен транспортный доступ. Выемка этих запасов полезного ископаемого может быть осуществлена в результате проходки разрезных траншей и производства вскрышных и добычных работ без проведения вскрывающих выработок (обычно въездных траншей);

Подготовленные запасы - часть вскрытых, для выемки которых необходимо выполнение только добычных работ без проведения разрезных траншей и вскрышных работ.

Готовые к выемке - это часть подготовленных на каждом горизонте запасов, которые можно извлечь без проведения горных работ на вышележащем уступе.

В. В. Ржевский [3] под подготовленными запасами горной массы уступа понимает те объемы, которые могут быть вовлечены в начальные технологические процессы (бурение, взрывание, механическое рыхление и др.), предшествующие выемочнопогрузочным работам, или хотя бы в один из начальных процессов.

Для выполнения основных процессов - выемки, погрузки и перемещения пород из забоев к пунктам приема грузов - необходимо вскрыть уступ, т.е. провести вскрывающую выработку, уложить транспортные коммуникации, создать первоначальный забой для выемки пород. Часть подготовленных запасов горной массы, к которым обеспечен транспортный доступ, необходимый для выемки и перемещения пород, называется вскрытыми запасами горной массы уступа.

Часть вскрытых запасов являются готовыми к выемке запасами горной массы уступа. К ним относятся запасы, которые готовы к выемке, погрузке и перемещению непосредственно из массива (мягкие и часто плотные породы) или после взрывания, механического рыхления и т. д.

Рис. 1. Схема к классификации запасов по А. И. Арсентьеву: 1 - вскрытые; 2 - подготовленные к выемке; 3 - готовые к выемке, Б - ширина рабочей площадки

(скальные, полускальные и иногда плотные породы).

Согласно К.Н. Турбецкому [4] вскрытыми следует называть запасы полезного ископаемого месторождения или его части из числа балансовых запасов предприятия, освобожденные от покрывающих пород или обнаженные вследствие естественных условий залегания, для разработки которых пройдена въездная траншея и выполнены горно-капитальные работы, предусмотренные техническим проектом.

К подготовленным относятся запасы уступов (из объема вскрытых) с обнаженными верхней и боковой поверхностями (выполнены горно-подготовительные работы, предусмотренные проектом).

Готовыми к выемке считаются запасы из числа подготовленных, которые могут быть отработаны независимо от подвигания смежного верхнего уступа с оставлением минимальной ширины рабочей площадки.

Как видно, подготовленные запасы в одном случае предшествуют вскрытым [3], в других случаях являются частью вскрытых запасов [1, 2, 4].

Из рассмотренных видов запасов в рабочей зоне карьера реально суще-

ствуют лишь вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород [5]. Кроме того, в работах [1, 2, 4] речь идет только о запасах 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 подразделяются на отдельные виды внутри указанных запасов в зависимости от конкретных горно-геологических условий.

Поэтому запасы горных пород в соответствии с [3] нужно определять по уступам, затем суммированием установить их общие запасы в рабочей зоне и карьере в целом, в том числе по видам пород.

Вскрытыми следует назвать запасы горных пород, которые могут быть извлечены из рабочей зоны карьера до момента достижения бортами уступов текущих предельных положений

Рис. 2. Запасы горных пород в рабочей зоне: 1 - вскрытые запасы уступов, 2 - готовые к выемке запасы уступов, 3 - долговременные запасы, 4 - граница долговременных запасов (текущий контур рабочей зоны)

в тылу массива. Текущее предельное положение борта верхнего уступа определяется положением плоскости, проведенной под углом откоса уступа от границы верхней поверхности уступа, зачищенной от естественных и искусственных преград. Для каждого из нижележащих уступов текущее предельное положение борта определяется положением плоскости, проведенной под углом откоса уступа от границы транспортной бермы вышележащего уступа (рис. 2).

Таким образом, вскрытые запасы горных пород на самом верхнем уступе - это объем части уступа, в пределах которой верхняя площадь уступа зачищена от естественных и искусственных преград, а на последующих уступах - это объемы, освобожденные от пород вышерасполо-женных уступов, в пределах которых можно вести основные процессы горных работ.

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 транспортной (или предохранительной) бермы вышележащего уступа под углом откоса уступа (рис. 2). Ширина верхней площадки первого уступа Во и ширина транспортной (или предохранительной) бермы вто на ней принимаются такими же, как на нижней площадке уступа при нормальных условиях работы горного и транспортного оборудования [5].

Вскрытые запасы горных пород на 1 пог.м длины элементарного участка д рабочей зоны определяются по формуле (см. рис. 2):

^ = £(ВМ_1 - вт{ц_1)),

М=1

(1)

где Вц-1 - ширина рабочей площадки на (ц-1)-м уступе; вт(ц-1) - ширина транспортной (предохранительной) бермы на (ц-1)-м уступе; Ьц - высота ц-го уступа; п - число рабочих уступов.

Вскрытые запасы в рабочей зоне в целом определяются по формуле:

V* = £ (Вм_1 - вт (ц-1,)ЛА, (2)

ц=1

где - длина фронта работ на ц-ом уступе.

Под готовыми к выемке следует считать запасы из числа вскрытых, которые готовы к выемке, погрузке и перемещению непосредственно из массива или после взрывания, механического рыхления и т.д. К ним подведены транспортные коммуникации. 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).

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 - плоскостью, проведенной от границы за-ходки по целику под углом откоса уступа (см. рис. 2).

Готовые к выемке запасы горных пород в рабочей зоне на 1 пог.м длины элементарного участка д определяются по формуле (см. рис. 2):

=!£3А, (3)

ц=1

где Взц - ширина заходки по целику ц-го уступа.

В рабочей зоне в целом они определяются из выражения:

V* =ТВцЬмЬм . (4)

ц=1

После определения запасов в пределах каждой рабочей зоны суммированием находят общие вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород

для карьера в целом. Затем найденные объемы разбивают по видам горных пород и сортам полезного ископаемого. Они легко вычисляются на компьютере с использованием программы Автокад.

Рассмотренные запасы горных пород относятся к так называемым текущим. Они находятся в постоянном изменении (движении). Их должно быть достаточно для бесперебойного выполнения вскрышных и добычных работ [6].

По состоянию запасов на определенный момент времени различают также долговременные запасы горных пород [3].

Под долговременными следует понимать запасы горных пород, которые могут быть извлечены из рабочей зоны карьера при временной (или постоянной) постановке уступов в их текущее (или конечное) предельное положение.

Долговременные запасы в рабочей зоне ограничены: сверху плоскостью основания первого рабочего уступа, снизу - плоскостью основания нижнего рабочего уступа, по флангам - боковыми гранями рабочей зоны, со стороны вскрытых запасов - совокупностью откосов уступов, соответствующих границам вскрытых запасов уступов, со стороны массива - плоскостью, проведенной от границы транспортной (или предохранительной) бермы первого уступа под углом нерабочего борта карьера в предельном положении (рис. 2).

Эти запасы на 1 пог.м длины элементарного участка д рабочей зоны определяются по формуле:

= 2Нрз [(Врз - ВА) + 2(В0 - вто)] - Бв3.

(5)

Известно, что поддержание необходимого соотношения между готовыми и вскрытыми запасами связано

Т1

Т'1 11 Т2

Т'2 12 Тз

Т

а

б

Рис. 3. Изменения готовых к выемке запасов: для одного экскаваторного блока (а), для группы экскаваторных блоков (б)

как с обеспечением выполнения плана, так и с затратами. Избыток вскрытых запасов приводит к замораживанию средств, увеличению себестоимости продукции, а недостаток

- к снижению объема производства из-за уменьшения фронта работ.

Поэтому возникает необходимость теоретического обоснования рационального соотношения между этими показателями. Если в соответствии с [7] положить, что изменение рассматриваемых запасов подчиняется простой схеме цепной реакции 2п, (где п

- порядковый номер «поколения» этой реакции, п = 1,2,...), то соотношение между «поколениями» будет равно 1:2. Количественное соотношение между готовыми и вскрытыми запасами в интегральной форме будет вытекать из суммы членов дискретного ряда 2п. Для готовых запасов (первое

п

поколение) ^ 2п-1 = 2п -1 = 1 , для

0

вскрытых запасов (второе поколение)

^ 2п-1 = 2п -1 = 3 . Тогда соотноше-

0

ние между рассматриваемыми запасами горных пород будет равно

^ : V, = 1:3. (6)

Это означает, что объем оставшихся вскрытых запасов уступа (без учета готовых) должен быть втрое больше объема готовых к выемке запасов. На практике ритмичная работа выемочно-погрузочного оборудования

обычно достигается при объеме готовых к выемке запасов, равном месячной его производительной. При этом размеры вскрытых запасов должны обеспечивать бесперебойную работу горнотранспортных машин в течение квартала, что подтверждает условие (6).

Изменение готовых к выемке запасов для одного выемочно-погрузочного оборудования можно представить в виде, представленном на рис. 3, а, где Угз - объем готовых к выемке запасов горных пород в одной заход-ке; Т1 - время начала отработки первой экскаваторной заходки; Т'1 - время отработки этой заходки (готовых к выемке запасов); ^ - время перехода

Рис. 4. Изменения вскрытых и готовых к выемке запасов в разрезе квартала

экскаватора к следующей заходке; Т2

- время начала отработки следующей заходки (готовых к выемке запасов); Т'2 - время отработки второй заходки; 12 - время перехода экскаватора к следующей заходке.

Величина готовых к выемке запасов горных пород для группы экс-каваторных блоков в зависимости от порядка ввода в эксплуатацию новых заходок взамен отработанных может изменяться в пределах

Жп <х^ <хцт. (7)

Амплитуда колебаний готовых к выемке запасов достигает максимального значения в начале от-

работки новых заходок и наименьшего значения ^ V™" в конце отработки большинства экскаваторных заходок.

В соответствии с условием (6) выемочный блок будет функционировать без разноса рабочего борта вышележащего уступа в течение трех месяцев. За каждый из трех месяцев (Т1, Т2, Т3) извлекаются по объему Угз из вскрытых запасов (см. рис. 4

сплошная линия). В результате вскрытые запасы (при остановке горных работ на верхнем горизонте) полностью исчерпываются, карьер не в состоянии выдавать горную массу из рассматриваемого блока (уступа).

Для исключения таких ситуаций, т.е. для обеспечения нормальной работы карьера вскрытые запасы должны пополняться ежемесячно объемом, равным величине извлеченных готовых запасов (см. рис. 4, верхняя часть). Это произойдет за счет по двигания фронта уступа верхнего горизонта на величину ширины заходки по целику.

Таким образом, объемы вскрытых и готовых к выемке запасов горных пород уступа на 1 пог.м длины фронта работ выражаются линейными размерами рабочей площадки за вычетом ширины транспортной бермы и экскаваторной заходки нижнего уступа на текущем горизонте соответственно. Причем минимально необходимый объем вскрытых запасов соответствует минимальной ширине рабочей площадки.

1. Арсентьев А.И., Богачев А.Ф., Ово-денко Б.К., Сиртюк Г.Н., Сигачев А.Е. Управление запасами горной массы в карьерах. - Мурманск, Кн. Изд-во, 1972. - 144 с.

2. Адигамов Я.М., Зарайский В.П. Нормирование запасов руд по степени подготовленности к добыче. - М.: Недра, 1978. - 264 с.

3. Ржевский В. В. Открытые горные работы. ч.2. - М.: Недра, 1985. - 550 с.

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

5. Ракишев Б. Р. Системы и технологии открытой разработки. - Алматы: НИЦ «Еы-лым», 2003. - 328с.

6. Rakishev B., Rakishev E.B., Zhusupov K.K. Motion of Running Resources of Mining Rocks in the Quarry’s Working Zone. Proceedings of the fifneenth international symposium on mine planning and equipment selection, Torino, Italy, 2006. Volume 2. - 199-1206.

7. Гальянов A.B. Методологические подходы к оптимизации запасов по степени их подготовленности к добыче. - Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 2004. - С.62-71.

— Коротко об авторах--------------------------------------------------------

Ракшиев Б.Р. - академик НАН РК, профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой открытых горных работ Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева,

Ракшиев Е.Б. - инженер фирмы «АЁСИ».

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор

Название работы

Специальность

Ученая степень

КАЗАХСКИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. КАНЫША САТПАЕВА

АУЭЗОВА Разработка технологий взрывной подго- 25.00.22 к.т.н.

Алма товки сложноструктурных блоков к экс-

Мухамбетжа- каваторной выемке

новна