Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ГІРНИЧИХ РОБІТ У ЗАЛІЗОРУДНИХ КАР’ЄРАХ
Спеціальність 05.15.03 – «Відкрита розробка родовищ
корисних копалин»
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Кривий Ріг – 2000
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Державному науково-дослідному гірничорудному
інституті Міністерства промислової політики України
Науковий консультант – доктор технічних наук, професор БЛИЗНЮКОВ
Віктор Григорович, Державний науково-дослідний
гірничорудний інститут, директор.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор ГУМЕНИК Ілля
Львович, Національна гірнича академія України,
завідувач кафедри;
доктор технічних наук ПОЛІЩУК Сергій
Зіновійович, Інститут проблем природокористування
та екології НАН України, завідувач відділу;
доктор технічних наук ЗАВСЄГДАШНІЙ Валентин
Олександрович, Криворізький технічний університет,
професор кафедри.
Провідна установа - Інститут геотехнічної механіки Національної академії
наук України, м. Дніпропетровськ.
Захист відбудеться « 21 » квітня 2000 р. о 13 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 при Криворізькому технічному університеті за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.
Автореферат розісланий « 17 » березня 2000 р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради, професор Г. Т. Фаустов
1
Актуальність теми. Стабілізація та подальший розвиток економіки України визначається рівнем розвитку її базових галузей, центральне місце серед яких посідає гірничорудна промисловість. Потенціал та існуюча інфраструктура гірничо-збагачувального виробництва спроможні забезпечити споживачів залізовмісткої товарної продукції як на внутрішньому, так і на зовнішньому ринках. Проте, стан сировинної бази більшості гірничодобувних підприємств залишається надто складним і потребує великих витрат на її підтримку.
У таких умовах виконання виробничих програм гірничо-збагачувальних підприємств стає проблематичним навіть при значному скороченні за останні роки обсягу видобування сирої руди та виробництва залізовмісткої товарної продукції. Зважаючи на неблагополучний стан сировинної бази комбінатів, Концепцією розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року визначені основні напрямки його збалансованого розвитку з урахуванням тенденцій змінення внутрішнього та зовнішнього ринків металопродукції та сформульовані основні перспективні задачі гірничорудної промисловості. Найважливішою з них є підтримання кар’єрів у працездатному стані в умовах зменшення обсягів видобування руди.
Одним із найбільш ефективних шляхів вирішення поставлених перед гірничорудною промисловістю задач є концентрація гірничих робіт як в окремих кар’єрах, так і концентрація гірничорудного виробництва в цілому. Концентрація гірничих робіт здійснюється шляхом зосередження заданих обсягів видобутку корисної копалини на меншому числі горизонтів, вибоїв і є дійовим інструментом регулювання режиму гірничих робіт. Питання, які пов’язані з установленням напрямку розвитку і режиму гірничих робіт, а також вибором оптимальних параметрів системи розробки при проектуванні й експлуатації кар’єрів, посідають одне з провідних місць в гірничий науці.
При експлуатації глибоких кар’єрів виникає цілий ряд непередбачених проектами змін у порядку формування робочої зони через порушення первісних параметрів системи розробки та зміни ступеня забезпеченості кар’єрів готовими до виймання запасами гірничої маси. У цих умовах продуктивність кар’єру по гірничий масі і параметри системи розробки залежать від просторового напрямку концентрації гірничих робіт у кар’єрному полі і набувають значення параметрів концентрації. При цьому вони виступають як мета планування і спрямовані не тільки на
2
підтримання кар’єрів у працездатному стані та покращення техніко-економічних показників розробки родовищ, але й на удосконалення методології проектування та реконструкції кар’єрів. Таким чином, розробка теорії і методів визначення й оптимізації параметрів концентрації гірничих робіт в залізорудних кар’єрах у сучасних умовах розробки родовищ є актуальною науковою проблемою, яка має важливе народногосподарське значення.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дисертаційна робота виконувалась відповідно до розділу ( гірничорудна промисловість) Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року , який спрямовує на розв’язання проблеми підтримки працездатності кар’єрів і шахт в умовах скорочення обсягів видобутку руди; при розробці Програми розвитку і реконструкції гірничорудної промисловості України до 2000 року (№ ДР 0195U022510); відповідно до галузевих і госпдоговірних науково-дослідних робіт (№№ ДР: 01900037902; 04900068154; 01910014281; 0194U024630; 0194U024730; 0195U008651; 0196U018012; 0197U010171; 0198U004378 )
Метою роботи є розробка теорії і методів визначення параметрів концентрації гірничих робіт у кар’єрах, які забезпечують підвищення ефективності експлуатації родовищ в умовах змінення потреби металургії в залізорудній сировині.
Ідея роботи полягає у використанні оптимальних параметрів концентрації для ефективного керування розвитком та режимом гірничих робіт у глибоких кар’єрах.
Основні задачі досліджень. Для досягнення зазначеної мети, в дисертаційній роботі поставлено та вирішено такі задачі:
• зробити порівняльну оцінку параметрів та ступеня концентрації гірничих робіт у залізорудних кар’єрах Кривбасу;
• встановити взаємозв’язок ступеня забезпеченості готовими до виймання запасами руди і собівартості різних видів залізовмісткої продукції ГЗКів;
• дослідити вплив гірничо-геологічних умов розробки родовища на параметри концентрації, напрямок розвитку та режим гірничих робіт у кар’єрі;
• розробити методику визначення оптимальної глибини переходу на концентрацію гірничих робіт з внутрішнім відвалоутворенням;
3
• встановити вплив обсягів заборгованості по розкриву і ступеня непідтвердження геолого-технологічних показників розробки на параметри концентрації гірничих робіт у кар’єрі;
• обгрунтувати критерій еколого-економічної оцінки та розробити методику визначення параметрів концентрації гірничорудного виробництва в регіоні.
На основі виконаних досліджень у роботі сформульовано такі наукові положення:
1. Ступінь забезпеченості кар’єру запасами гірничої маси, готовими до виймання, є величина змінна, яка залежить від умов залягання рудного тіла, якості руди в запасах, а також можливого непідтвердження геолого-технологічних показників розробки і має оптимальний рівень на кожному етапі розробки родовища.
2. Оптимальна забезпеченість кар’єру запасами гірничої маси, готовими до виймання, визначає істинний обсяг заборгованості по розкриву і раціональні параметри концентрації гірничих робіт у кожному періоді ліквідації заборгованості кар’єру по розкривних роботах.
3. Для кожного кар’єру існує оптимальна глибина переходу до концентрації гірничих робіт і для більшості залізорудних кар’єрів вона складає 170 – 250 м.
4. Формування та змінювання структури гірничо-збагачувального комплексу в регіоні повинне визначатися на основі оптимізації параметрів концентрації гірничорудного виробництва та антропогенного навантаження його об’єктів на навколишнє середовище.
Наукова новизна одержаних результатів:
• вперше установлено основні закономірності змінення параметрів концентрації гірничих робіт у різних гірничо-геологічних умовах розробки та їх вплив на напрямок розвитку та режим гірничих робіт у кар’єрі;
• створено методологічні основи визначення глибини переходу на концентрацію гірничих робіт з внутрішньокар’єрним відвалоутворенням;
• вперше досліджено та теоретично обгрунтовано параметри концентрації гірничих робіт в умовах заборгованості кар’єру по розкриву і зниження його продуктивності по руді;
• розроблено теорію та методи регулювання параметрами концентрації гірничих робіт у кар’єрі в умовах можливого непідтвердження геолого-технологічних показників розробки родовища;
• установлено вплив параметрів концентрації гірничих робіт на еколого-економічні показники розробки родовища і гірничорудного
4
виробництва в цілому.
Практичне значення одержаних результатів полягає в застосуванні теорії і методів для оцінки ефективності проектних та технологічних рішень. Розроблені методи забезпечують:
• встановлення оптимального ступеня забезпеченості кар’єру готовими до виймання запасами скельної гірничої маси і параметрів системи розробки в умовах можливого непідтвердження геолого-технологічних показників розробки і зменшення обсягів видобутку руди;
• визначення напрямку розвитку гірничих робіт у глибоких кар’єрах з внутрішнім відвалоутворенням;
• розробку календарних планів виробництва розкривних робіт, які забезпечують працездатність кар’єрів у період ліквідації заборгованості по розкриву;
• формування екскаваторних відвалів з подальшою рекультивацією їх поверхні;
• установлення продуктивності гірничо-збагачувальних комбінатів з урахуванням потреби металургії в залізорудній сировині та їх шкідливого діяння на навколишнє середовище.
Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовано ідею, мету і задачі досліджень, а також наукову новизну і практичне значення роботи. Як керівник і відповідальний виконавець ряду науково-дослідних робіт, автор безпосередньо брав участь у розробці методів оцінки і визначення взаємозв’зків гірничо-геологічних умов розробки і параметрів концентрації та їх сумісного впливу на напрямок розвитку і режим гірничих робіт у кар’єрі. За його участю розроблено теоретичні положення визначення параметрів концентрації і режиму гірничих робіт в умовах заборгованості кар’єру по розкриву і можливого непідтвердження геолого-технологічних показників розробки родовища, а також розроблено критерій еколого-економічної оцінки і методику визначення параметрів концентрації гірничорудного виробництва в регіоні. Зміст дисертації викладено автором особисто.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались на засіданнях науково-технічної і Вченої Рад ДНДГРІ (1994 – 1998 рр.); на Міжнародній конференції «Екологія і здоров’я людини. Охорона повітряного та водного басейну» (Республіка Крим, 1995 р.); на Міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми екологічної безпеки та керованого контролю динамічних природно-техногенних
5
систем» (м. Львів, 1996 р.); на І Міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми комплексного освоєння надр»(м. Дніпропетровськ, 1998 р.); на науково-практичній конференції « Основні напрямки розвитку гірничо-промислового комплексу (ГПК) України в умовах переходу до ринкової економіки» (м. Кривий Ріг, 1998 р.); на Другому міжнародному симпозіумі «Якість - 99» (м. Ялта, 1999 р.); на технічних нарадах гірничодобувних підприємств та проектних установ.
Публікації. Основний зміст виконаних досліджень опубліковано в 32 друкованих роботах, з яких 24 - у наукових фахових виданнях. З числа останніх – 10 одноосібних робіт. Результати розробок захищені 1 патентом України.
Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, списку літератури із 128 найменувань; містить 286 сторінок машинописного тексту, з яких 53 таблиці і 47 рисунків, а також 7 додатків.
РОЗДІЛ 1. Концентрація гірничих робіт у кар’єрах, її оцінка і методи оптимізації
Аналіз діючих проектів на розробку родовищ, досвіду експлуатації діючих кар’єрів та наукових досліджень в області планування режиму гірничих робіт і проектування параметрів системи розробки показав, що ефективність розробки родовищ відкритим способом на сучасному етапі значною мірою залежить від ступеня концентрації гірничих робіт як в окремому кар’єрі, так і в гірничовидобувному регіоні в цілому.
Значне зниження продуктивності діючих кар’єрів зумовило велику розосередженість гірничих робіт у кар’єрному просторі і погіршення техніко-економічних показників розробки. Підвищити ефективність роботи кар’єрів у таких умовах можна шляхом концентрації гірничих робіт на пріоритетних ділянках з створенням працездатних параметрів системи розробки.
Під концентрацією виробництва розуміють процес укрупнювання виробничих одиниць, який дає можливість зосереджувати виробництво на меншому числі підприємств і підрозділів більшої потужності.
6
Концентрація виробництва супроводжує науково-технічний прогрес, вигідна економічно і являє собою один із найважливіших напрямків підвищення ефективності виробництва. Концентрація виробництва дає значний економічний ефект, є багатоваріантною задачею на відшукання оптимуму. У гірничій справі ця задача спрямована на визначення оптимальної потужності кар’єру (комбінату) та найвигідніших параметрів системи розробки.
Концентрація, як «інструмент» управління режимом гірничих робіт у кар’єрі, повинна грунтуватися на комплексному врахуванні гірничо-геологічних, технологічних та еколого-економічних факторів розробки родовища. Установлення взаємозв’язків між цими факторами при розробці оптимальних параметрів концентрації, необхідно розглядати як невід’ємну частину суцільного наукового уявлення про дану проблему.
Значний внесок у методологію керування розвитком гірничих робіт у кар’єрах внесли академіки М.В.Мельников, В.В. Ржевський. Розвитку цього наукового напрямку присвячені роботи багатьох вчених-гірників: докторів технічних наук Ю.І. Аністратова, О.І. Арсентьєва, Ю.П. Астаф’єва, В.Ф. Бизова, В.Г. Близнюкова, Ж.В. Буніна, Ю.Г. Вілкула, І.Л. Гуменика, А.Ю. Дриженка, В.О. Завсєгдашнього, А.М. Михайлова, М.Г. Новожилова, О.О. Пєшкова, С.З. Поліщука, Е.І.Реєнтовича, І.Б.Табакмана, П.І.Томакова, К.М. Трубецького, В.С. Хохрякова, М.М. Чаплигіна, М.С. Четверика, А.Г. Шапаря, Б.П. Юматова; кандидатів технічних наук М.Д.Бевза, В.М.Богданова, К.А.Кумачова, В.П.Линьова, Б.К. Оводенка, Б.Е.Повного, М.М. Пижика, А.П. Чернова та інших.
На основі аналізу праць науковців-гірників в області планування гірничих робіт і проектування кар’єрів, а також накопиченого досвіду експлуатації залізорудних кар’єрів обгрунтовано актуальність та істотність наукової проблеми, сформульовано мету і задачі досліджень.
РОЗДІЛ 2. Дослідження стану концентрації гірничих робіт у кар’єрах та її вплив на техніко-економічні показники розробки
За роки експлуатації залізорудних кар’єрів Кривбасу значно змінилися параметри системи розробки: зменшилися ширина робочої площадки і ступінь забезпеченості кар’єру готовими до виймання запасами руди, а також скоротилася довжина активного рудного фронту робіт. Середньозважена ширина робочої площадки в кар’єрах по руді зменшилася до 20 – 45 м, по розкриву – до 21 – 50 м. Забезпеченість кар’єрів готовими до виймання запасами руди зменшилася у 1,5 – 15 разів
7
і складає 1,7 – 0,2 міс. Обсяги готових до виймання запасів руди, які подаються у звітних документах, орієнтовані, в основному, на робочу зону, в якій сформовано робочі площадки, проведено транспортні комунікації. При цьому на деяких комбінатах при підрахуванні запасів за основу беруть різну ширину мінімальної робочої площадки, яка коливається в різних кар’єрах від 30 до 50 м. Така ситуація не дозволяє однозначно оцінити ступінь концентрації і зробити порівняльну оцінку кар’єрів за цим показником.
Аналіз сучасного становища гірничих робіт показує, що в кар’єрах існує багато ділянок, які характеризуються наявністю готових до виймання запасів руди за межами робочої зони, до яких часто немає транспортного доступу, але які потенціально можуть бути залучені до відробки. Для приведення кар’єрів до порівняльного за ступенем концентрації вигляду, розрахунок готових до виймання запасів руди зроблено з умови рівності мінімальної ширини робочої площадки подвійній висоті уступу. Про ступінь концентрації (розосередженості) гірничих робіт у кар’єрі можна судити за відповідними змінами з глибиною кар’єру таких параметрів концентрації, як довжина активного рудного фронту, обсяг видобування і готових до виймання запасів руди (рис. 1).
Рис. 1 – Динаміка параметрів концентрації гірничих
робіт з глибиною кар’єру
8
Аналізуючи одержаний розподіл цих параметрів, необхідно мати на увазі, що глибина кар’єру, на якій зосереджені найбільші запаси руди і довжина активного рудного фронту повинна відповідати глибині з найбільшим обсягом видобування руди. Для кількісної оцінки ступеня такої відповідності проведено розрахунок середньозважених по і значень глибин. На рис. 1 розрахункові значення цих глибин подані відповідними вертикальними лініями, а віддаленість їх одна від одної характеризує розосередженість гірничих робіт по глибині кар’єру. Кількісно ступінь розосередженості гірничих робіт можна визначити з виразів:
частки од. , (1)
де - середньозважені за обсягами видобування і готовими до виймання запасами глибини кар’єру, м.
частки од. , (2)
де - середньозважена за довжиною активного рудного фронту глибина кар’єру, м.
частки од. , (3)
Очевидно, що значення коефіцієнта , який відображає взаємозв’язок вищеперерахованих параметрів, буде тим більше, чим більше розосереджені гірничі роботи і навпаки. Величина обернена ступеню розосередження гірничих робіт (1 / ) характеризує ступінь концентрації гірничих робіт у кар’єрі. Запропонований комплексний показник дозволяє оцінити ступінь концентрації гірничих робіт у будь-яких кар’єрах, а в залізорудних кар’єрах Кривбасу його крайні значення відрізняються більш ніж у три рази.
9
Параметром, який відображає взаємозв’язок ширини робочої площадки, довжини фронту робіт і продуктивності кар’єру, є ступінь його забезпеченості готовими запасами руди. Крім параметричного взаємозв’язку, він відображає їх економічну сутність. Перевищення або недостача запасів руди в кар’єрі негативно позначається на економічних показниках розробки.
Досвід роботи залізорудних кар’єрів показує, що чинні нормативи щодо забезпеченості кар’єрів готовими до виймання запасами руди на теперішній час не відображають специфічні гірничо-геологічні та технологічні особливості розробки родовищ. Тому виникла необхідність у дослідженні й оцінці впливу фактичної забезпеченості запасами руди в кар’єрі на собівартість різної залізовмісткої продукції по всьому технологічному ланцюжку комбінатів. Для цього ступінь забезпеченості запасами руди в кар’єрі приводять у відповідність до фактичних обсягів на кінець кожного року, що оцінюється. Взаємозв’язок забезпеченості кар’єрів та собівартості руди, концентрату і агломерату (обкотишів) за останні 10 років роботи комбінатів апроксимовано квадратичною функцією (рис. 2), а розрахункові значення забезпеченості запасами в точках екстремума наведені в таблиці.
10
Таблиця
Оптимальні значення забезпеченості кар’єрів ГЗКів Кривбасу
запасами руди, готовими до виймання
|
Вид залізовмісткої продукції |
Забезпеченість запасами руди, міс. |
||||
|
ПівдГЗК |
НКГЗК |
ЦГЗК |
ПівнГЗК |
ІнГЗК |
|
|
руда |
4,61 |
1,60 |
1,30 |
1,11 |
1,38 |
|
концентрат |
4,69 |
2,21 |
0,79 |
0,86 |
1,02 |
|
агломерат |
5,04 |
2,26 |
— |
— |
— |
|
обкотиші |
— |
— |
0,76 |
0,97 |
— |
Оптимальна ступінь забезпеченості готовими до виймання запасами руди в кар’єрі береться за більшим із значень наведених у таблиці, а чинні на теперішній час нормативи, які регламентують забезпеченість запасами, повинні бути переглянуті та адаптовані до конкретних умов розробки кожного родовища.
РОЗДІЛ 3. Дослідження впливу гірничо-геологічних умов розробки на напрямок та параметри концентрації гірничих робіт у кар’єрі
При визначенні напрямку розвитку гірничих робіт у кар’єрі з установленими параметрами системи розробки та продуктивністю, як правило, не враховується зміна обсягів, готових до виймання запасів руди. Ця зміна очевидна навіть при простих умовах залягання рудного тіла. Кількість рудних уступів, в яких зосереджено готовий до виймання запас, як правило, не є цілим числом і залежить від товщини та кута падіння рудного тіла. Обсяг готових до виймання запасів руди в кар’єрі визначається з виразу:
м3, (4)
де - ширина резервної смуги, м; - нормальна ширина робочої площадки, м; - довжина рудного тіла, м; - висота уступу, м; - кількість рудних уступів; - ціла частина числа . Якщо
11
, то вираз (4) після деяких перетворень набуде вигляду:
м3, (5)
де - кут укосу робочого борта, град.; - кут укосу уступу, град.; - мінімальна ширина робочої площадки, м.
Якщо , то , а вираз (4) набуде вигляду:
м3. (6)
На основі одержаних аналітичних залежностей установлено вплив товщини та кута падіння рудного тіла на обсяг готових до виймання запасів руди при різних напрямках поглиблення кар’єру (рис.3).
Рис. 3 – Залежність обсягів готових до виймання запасів руди від кута падіння (а) і товщини рудного тіла (б) при поглибленні кар’єру по: 1 – висячому боку; 2 – лежачому боку; 3 – центру рудного тіла
12
Виходячи з необхідності дотримуватися встановленої забезпеченості кар’єру запасами руди, будь яке їх змінювання, пов’язане із змінюванням напрямку поглиблення, повинне відображатися в параметрах концентрації гірничих робіт. При поглибленні кар’єру в межах рудного тіла будь-яке змінювання його напрямку можна врахувати частковим співвідношенням коефіцієнтів і відносно горизонтальної товщини рудного тіла на горизонті закладання розрізної траншеї, тобто . Тоді кут укосу робочого борта, який відображає параметри концентрації, можна визначити за формулою:
град., (7)
де - площа закладання уступу, м2; - ширина мінімальної площадки з урахуванням закладання уступу, м; - ширина дна розрізної траншеї, м.
Нормування обсягів готових до виймання запасів руди має сенс при однорідній якості корисної копалини. У випадку, коли корисна копалина представлена різними технологічними показниками збагачення її у концентрат, який є товарною продукцією, обсяг готових до виймання запасів руди необхідно трансформувати в кількість концентрату, який можна виробити з цього запасу. Якщо рудне тіло за падінням представлене різними якісними верствами відносно його товщини, тоді обсяг готових до виймання запасів руди в уступах першої якісної верстви визначається як різниця запасів , розрахованих відносно всієї горизонтальної товщини , та запасів , розрахованих відносно товщини рудного тіла:
м3 . (8)
Товщина визначається як відстань по горизонталі від осі розрізної траншеї до лінії контакту якісних верств і .
Обсяг готових до виймання запасів руди в уступах у -й якісній верстві визначається з виразу:
м3. (9)
Розраховані таким чином обсяги готових до виймання запасів руди співвідносяться з певною якісною верствою рудного тіла, яка
13
характеризується виходом концентрату . Обсяг концентрату в готових до виймання запасах руди в кар’єрі визначається з виразу:
( т, (10)
де - щільність руди, т/м3.
При плануванні розвитку гірничих робіт варіанти концентрації, що розглядаються, приводять до порівняльного вигляду щодо кількості концентрату в готових до виймання запасах руди. На рисунку 4 наведено графіки, які відображають взаємозв’язок параметрів концентрації та якості руди в запасах при різних напрямках поглиблення кар’єру.
Для коректування області можливих значень параметрів концентрації гірничих робіт на рисунку 5 наведено графіки залежностей якісних показників руди в запасах від напрямку поглиблення кар’єру.
|
Рис. 5 - Взаємозв’язок якості руди в запасах, готових до виймання, і напрямку розвитку гірничих робіт у кар’єрі при різних параметрах концентрації гірничих робіт |
14
Аналіз графіків показує, що потрібна кількість концентрату в готових до виймання запасах руди досягається при будь-якому варіанті поглиблення кар’єру, але з різними параметрами концентрації. А при куті укосу робочого борта, який дорівнює 160, потрібну кількість концентрату можна одержати навіть при трьох варіантах поглиблення кар’єру (рис. 5).
На більшості ГЗКів, де товарною продукцією є не тільки концентрат, при встановленні напрямку розвитку гірничих робіт у кар’єрах початковий запас руди, готовий до виймання, необхідно приводити до кількості металу в товарній продукції, яку можна одержати з цього запасу.
Основний обсяг видобувних робіт у залізорудних кар’єрах Кривбасу зосереджений на глибині 130 – 280 м. Ці роботи, як правило, зосереджені на великій за площею робочій зоні кар’єрів. При значному зниженні потреби в залізорудній сировині, підтримувати таку зону у робочому стані надто складно й економічно недоцільно. У таких умовах виникає настійна необхідність у відробленні кар’єрів ділянками, із створенням на них працездатних параметрів та необхідних запасів руди, готових до виймання. Виходячи з цього, розроблена методика визначення оптимальної глибини переходу на концентрацію гірничих робіт як на стадії проектування кар’єрів, так і в процесі їх експлуатації. Сутність методики полягає в наступному. На кар’єрі, який наведений середньозваженим розрізом (рис. 6), установлені продуктивність, напрямок розвитку (лінія поглиблення ) і режим гірничих робіт. Відомий графоаналітичний метод визначення напрямку поглиблення кар’єру за допомогою ізоліній корисної копалини трансформовано в ізолінії концентрату з інтервалом по глибині (штрихові ламані для на рис. 6). Аналогічним чином накреслюють ізолінії концентрату для варіантів концентрації з меншими кутами укосів робочих бортів кар’єру, але з однаковим інтервалом по глибині ( безперервні ламані для на рис. 6). Очевидно, що цим та всім іншим варіантам концентрації при однаковій їх продуктивності за концентратом будуть відповідати різні запаси руди, готові до виймання. Для приведення варіантів до зіставленого вигляду за готовими до виймання запасами руди з базовим проводять коректування довжини їх робочих зон. Наслідком такого коректування є зменшення заданої потужності за концентратом для всіх варіантів концентрації. Тому необхідно встановити такі точки на лінії поглиблення, при переміщенні в які відповідних трафаретів робочих зон варіантів концентрації можна одержати задану кількість концентрату. З цією метою проводять інтерполяцію обсягів концентрату по вертикальних
15
16
площинах (д) і (е), тому що між ними знаходиться лінія поглиблення кар’єру. Трафарет робочої зони варіанта концентрації, який розглядається, встановлюють вершиною в точку перетинання вертикальної площини (д) з ізолінією концентрату при млн.т і підраховують його кількість у контурах. Одержану кількість концентрату інтерполюють з попереднім значенням концентрату в точці і набирають шуканий обсяг млн.т на лінії поглиблення (точка для ). Аналогічним чином визначають глибину на другому та подальших етапах планування (точки ).
Для кожного варіанта концентрації на шуканих глибинах проводять підрахунок обсягів руди і розкриву , а також довжини активного рудного фронту робіт. При цьому, на кожному етапі параметри концентрації перевіряють на предмет виконання обсягів видобутку за наявністю рудного фронту.
На основі проведених за варіантами концентрації вимірювань обсягів гірничої маси і розкриву на глибинах, які відповідають плановим обсягам концентрату, будують графіки залежностей наростаючих обсягів у вигляді номограми (рис. 7).
Аналіз графіків навіть за двома варіантами концентрації показує, що покращення режиму гірничих робіт при (точка на рис. 6 і 7) починається при досягненні глибини 210 м. При досягненні ділянкою концентрації проектної глибини кар’єру виникає можливість складування
17
частини розкривних порід, яка залишилася, у вироблений простір.
Проведені дослідження показали, що для більшості залізорудних кар’єрів Кривбасу оптимальна глибина переходу на концентрацію гірничих робіт коливається в межах 170 – 250 м. При цьому економія витрат на розробку родовищ досягає більше ніж 6%.
РОЗДІЛ 4. Установлення основних закономірностей змінення параметрів концентрації в умовах відставання розкривних робіт у кар’єрі
При встановленні параметрів концентрації гірничих робіт необхідно враховувати заборгованість залізорудних кар’єрів по розкриву, яка склалася. У теперішній час її обсяг тільки на кар’єрах Кривбасу складає понад 300 млн.м3. Проведені дослідження показали, що в разі збереження існуючої тенденції відставання розкривних робіт і в подальшому буде відбуватися вибуття потужностей, а в перспективі може статися повна зупинка деяких кар’єрів.
Відставанням розкривних робіт у кар’єрі вважається недовиконання обсягів розкривних робіт, яке розраховане за затвердженим проектом з урахуванням змінення співвідношення обсягів руди, які добуто, і розкриву на кінець кожного року експлуатації кар’єру. У роботі зроблено класифікацію співвідношення фактичного і проектного положення робочого борта в кар’єрі для розрахунку обсягів заборгованості по розкриву. Виходячи з цього, розроблено методику визначення розмірів відставання розкривних робіт. На основі проведених досліджень сучасного стану гірничих робіт, отримано характерні положення фактичного і проектного бортів у кар’єрі (рис. 8). Аналіз наведених на рисунку 8 положень , які розглядаються, показує, що в кар’єрі, окрім заборгованого розкриву, знаходиться і заборгована руда (рис. 8, а); окрім випередження по розкриву, є випередження по руді (рис. 8, б); тільки заборгована руда (рис.8, в); тільки випередження по руді (рис. 8, г).
Визначення розмірів відставання розкривних робіт відносно проекта роблять з урахуванням заборгованої (випередженої) руди. Для цього для кожного положення розраховують коефіцієнт розкриву в контурах ділянки, а обсяг заборгованості (випередження) по розкриву можна визначити з виразу
м3, (11)
18
Рис. 8 – Типові положення бортів кар’єру для визначення розмірів
відставання розкривних робіт
19
де - обсяг заборгованої (випередженої) руди на ділянці, т; - проектний коефіцієнт розкриву, м3/т.
Розроблена методика дозволяє визначити не тільки обсяг відставання по розкриву, але і просторовий його розподіл у кар’єрному полі, що дає можливість об’єктивно підходити до складання виробничих програм гірничих робіт й оперативно контролювати будь-яке їх змінення.
У цих умовах оптимальні параметри концентрації гірничих робіт у кар’єрі повинні визначатися з урахуванням заборгованости по розкриву. Дослідженнями встановлено, що параметри концентрації видобувних та розкривних робіт взаємозв’язані. Зважаючи на необхідність виробництва розкривних робіт з числа заборгованих в - му році, цей взаємозв’язок можна виразити через параметри розкривного борта, кут укосу якого зі сторони висячого боку рудного тіла визначається за формулою:
град., (12)
де - обсяг розкривних порід з числа заборгованих, який намічений до відробки зі сторони висячого боку рудного тіла у - му році, м3; - кут погашення робочого борта зі сторони висячого боку рудного тіла, град.; - обсяг заборгованості по розкриву зі сторони висячого боку рудного тіла у - му році, який, в свою чергу, визначається за формулою:
м3, (13)
де - кінцева глибина кар’єру, м; - поточна глибина кар’єру в - му році, м; - кут укосу рудного борта в - му році, град.; - середньозважена довжина розкривного борта в - му році, м.
Зі сторони лежачого боку рудного тіла кут укосу розкривного борта визначається за формулою:
20
град., (14)
де - обсяг розкривних порід з числа заборгованих, який намічений до відробки зі сторони лежачого боку рудного тіла у - му році, м3; - кут погашення робочого борта зі сторони лежачого боку рудного тіла, град.; - обсяг заборгованості по розкриву зі сторони лежачого боку рудного тіла у - му році, який, в свою чергу, визначається за формулою:
м3. (15)
Одержані аналітичні залежності (12 – 15) дозволяють установити істинний обсяг заборгованості у кожному році роботи кар’єру, а оптимізація виробництва річних обсягів розкриву з числа заборгованих дає можливість визначити не тільки параметри концентрації розкривних робіт, але і гірничих робіт у цілому.
РОЗДІЛ 5. Визначення параметрів концентрації гірничих робіт у кар’єрі в умовах непідтвердження геолого-технологічних показників розробки
На параметри концентрації гірничих робіт у кар’єрі і його стабільну роботу в цілому значний вплив справляє ступінь непідтвердження геолого- технологічних показників розробки родовища: промислових запасів руди, якості корисної копалини та недовиконання обсягів розкривних робіт. Під ступенем непідтвердження в роботі розуміють похибку підрахунку вищеперерахованих показників, яка приводить до розбіжності між підрахованими та дійсними їх значеннями. Так, припустима похибка при підрахунку запасів тільки категорії А для Криворізького басейну складає 15 – 20%. У зв’язку з цим в дисертаційній роботі розроблено методику визначення оптимальних параметрів концентрації гірничих робіт у кар’єрі. Сутність оптимізації полягає у визначенні такого ступеня ризику недовиконання плану по концентрату, при якому критерій оптимальності
21
(сумарні збитки від створення або дефіциту готових до виймання запасів гірничої маси) набуває мінімального значення.
Ширина робочої площадки в кар’єрі, яка забезпечує стовідсоткову імовірність нормальної роботи кар’єру, повинна бути не менше:
м, (16)
де - приріст ширини робочої площадки, пов’язаний з імовірністю непідтвердження промислових запасів руди, якості корисної копалини та недовиконанням обсягів розкривних робіт відповідно, м.
Забезпеченість готовими до виймання запасами гірничої маси при такій ширині робочої площадки визначається:
міс., (17)
де - продуктивність кар’єру по гірничій масі, м3; - довжина активного фронту гірничих робіт, м.
Збільшення ширини робочої площадки пов’язане із збитком від збільшення обсягів розкривних робіт. Цей збиток можна зменшити, якщо знизити обсяг розкривних робіт, але тоді з’являється імовірність збитку від недовиконання плану по концентрату. Цільова функція економіко- математичної моделі в такому разі набуде вигляду:
, (18)
де - ступінь непідтвердження промислових запасів руди та якості
корисної копалини відповідно, частки од.; - експлуатаційний коефіцієнт розкриву, м3/ м3; - фактична ширина робочої площадки, м; - питомий збиток від недовиробітку товарного концентрату, грн/т; - питомий збиток від збільшення обсягу розкривних робіт, грн/ м3.
Проведені дослідження показали, що оптимальний ступінь забезпеченості запасами гірничої маси існує не тільки для кожного окремого кар’єру, але й має змінний характер у межах одного й того ж
22
кар’єру залежно від геологічних умов розробки родовища. Використання розробленої методики дозволяє покращити режим гірничих робіт навіть у найбільш простих гірничо-геологічних умовах розробки, при цьому економія витрат на розробку родовища сягає більше 3%.
РОЗДІЛ 6. Розробка параметрів концентрації гірничорудного виробництва з урахуванням антропогенного навантаження на навколишнє середовище
На кожному гірничо-збагачувальному комбінаті технології (або окремі їх елементи) видобування руди та переробки її в залізовмістку товарну продукцію різні як за економічними показниками, так і за шкідливим діянням на навколишнє середовище. Шкідливе діяння підприємствами чиниться у вигляді пилогазових викидів в атмосферу, поточного порушення кар’єрами та відвалами родючих земель, придатних для використання в сільському господарстві і залежить від обсягів виробництва. Крім обсягів виробництва, на кількість викидів пилу та газу впливають гірничо-геологічні умови розробки родовища (коефіцієнт розкриву та якість руди), технологія переробки залізної руди (вихід концентрату з руди, вихід агломерату та обкотишів з концентрату, який виробляється на комбінаті) та структура виробництва залізовмісткої товарної продукції (співвідношення кількості концентрату, агломерату та обкотишів), яка склалася.
При встановленні обсягу виробництва залізовмісткої товарної продукції в регіоні, задачі концентрації гірничих робіт і гірничорудного виробництва в цілому спрямовані на визначення оптимальної потужності кожного підприємства, зокрема, з урахуванням їх шкідливого діяння на навколишнє середовище.
У зв’язку з вищевикладеним, розроблено методику визначення параметрів концентрації гірничорудного виробництва в регіоні. Для цього встановлені аналітичні залежності кількості організованого та неорганізованого пилогазовиділення від обсягів виробництва. Аналогічні залежності одержані і для поточного порушення земель. Ураховуючи, що на комбінатах виробляється різна товарна продукція і в різному співвідношенні, то для їх зіставлення обсяг виробництва виражено через кількість металу в товарній продукції. На рисунку 9 наведено динаміку витрат на 1 гривню товарної продукції з урахуванням екологічного збитку залежно від кількості металу в товарній продукції в діапазоні змінювання параметрів концентрації ГЗКів від фактичних (Ф)
23
до максимально можливих (в).
Рис. 9 – Залежність витрат від кількості металу в товарній
продукції ГЗКів
Задача оптимізації гірничорудного виробництва в регіоні полягає у встановленні параметрів концентрації виробництва товарної залізовмісткої продукції кожним комбінатом, при яких у масштабах регіону забезпечується мінімальна сума капітальних, експлуатаційних витрат та екологічного збитку, який завдається. За критерій прийнято мінімум витрат на 1 грн. товарної продукції:
, (19)
де - індекс комбінату; - індекс виду товарної продукції; - кількість комбінатів, на яких виробляється -й вид товарної продукції; - річні експлуатаційні витрати на виробництво товарної продукції, грн.; - річний збиток навколишньому середовищу, який завдається кар’єрними водами, грн.; - річний збиток від викидів пилу і газу, грн.; - річний збиток, пов’язаний з порушенням земель, грн.; -
24
нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень, частки од.; - річні капітальні витрати, грн.; - сумарна річна цінність товарної продукції, грн.
Обмеження на обсяг виробництва товарної продукції -го виду:
.
Обмеження на максимально припустимий обсяг виробництва -го виду товарної продукції на -му комбінаті:
.
Обмеження на мінімально припустимий обсяг виробництва -го виду товарної продукції на -му комбінаті:
.
Поставлена задача є задачею нелінійного програмування і вирішена методом можливих напрямків. Одержані параметри концентрації гірничорудного виробництва дозволять отримати тільки за рахунок оптимального перерозподілу виробництва товарної продукції між ГЗКами України середньорічний очікуваний економічний ефект у розмірі 16,2 млн. грн. (у цінах 1996 р.).
Для зниження антропогенного навантаження об’єктами гірничо-збагачувального комплексу на навколишнє середовище в дисертаційній роботі розроблено нову технологію виробництва відвальних робіт (патент № 19626 А). Вона комплексно вирішує проблему зменшення порушення земель відвалами і заховання відходів стічних вод міських комунальних служб з подальшою рекультивацією поверхні відвалів.
Таким чином установлено, що врахування взаємозв’язку параметрів концентрації гірничого виробництва та антропогенного навантаження його об’єктів на навколишнє середовище впливає на формування структури гірничо-збагачувального комплексу в регіоні.
25
ВИСНОВКИ
У результаті виконаних досліджень, у дисертаційній роботі проведено теоретичне узагальнення і дано рішення значної наукової проблеми, яке полягає в розробці теорії і методів визначення параметрів концентрації гірничих робіт у кар’єрах. На відміну від відомих методів визначення параметрів системи розробки, управління розвитком і режимом гірничих робіт, вони враховують комплексний вплив гірничо-геологічних, технологічних та еколого-економічних факторів розробки в умовах змінення потреби металургії в залізорудній сировині, можливого непідтвердження геолого-технологічних показників розробки і заборгованості кар’єрів по розкриву. Вирішення цієї проблеми має велике народногосподарське значення, яке дозволяє підвищити еколого-економічну ефективність розробки родовищ відкритим способом.
Стан питання. На теперішній час гірничорудна промисловість є джерелом понад 50 % валютних надходжень до бюджету України. В умовах переходу економіки до ринкових відносин, коли коло споживачів залізовмісткої товарної продукції не має визначеного характеру, важливого значення набуває проблема оптимізації і підтримання існуючої інфраструктури гірничо-збагачувального комплексу. Одним з найефективніших напрямків вирішення цієї проблеми є концентрація гірничих робіт і гірничорудного виробництва в цілому.
Методи вирішення наукової проблеми. Методологічно робота базується на використанні узагальнення результатів досліджень в областях оцінки та регулювання режиму гірничих робіт, обгрунтування напрямку розвитку і параметрів системи розробки у кар’єрі. В роботі широке використання знайшли: аналітичний і графоаналітичний методи аналізу кар’єрних полів; теорія ймовірності; економіко-математичне моделювання за допомогою ЕОМ; техніко-економічний аналіз технологічних процесів гірничого виробництва і основних показників роботи гірничодобувних підприємств.
Обгрунтованість і достовірність положень, висновків і рекомендацій підтверджується застосуванням широко апробованих у практиці проектування методів гірничо-геометричного аналізу кар’єрних полів; збіжністю аналітичних висновків і розрахункових параметрів концентрації з фактичними результатами діяльності ГЗКів; наступністю розроблених методів і критеріїв оцінки проектних та технологічних рішень з методами і критеріями, які широко зарекомендували себе у вітчизняній та зарубіжній практиці; матеріалами впровадження розроблених методів і практичних рекомендацій на гірничих підприємствах та в проектних
26
установах.
Основні наукові і практичні результати полягають у наступному:
1. Доведено, що для кожного кар’єру існує оптимальний ступінь забезпеченості готовими до виймання запасами руди, яка залежить від конкретних умов розробки родовища, кількості і видів залізовмісткої продукції, яка виробляється на комбінаті. Для більшості залізорудних кар’єрів Кривбасу, при існуючому рівні розвитку техніки і технології, така забезпеченість коливається в межах 1,11 – 1,6 міс.
2. Встановлено аналітичні залежності обсягу готових до виймання запасів руди від гірничо-геологічних умов розробки родовища. При фіксованих параметрах концентрації обсяг готових до виймання запасів руди прямо пропорційний куту падіння рудного тіла при поглибленні кар’єру по лежачому боку і центру покладу, й обернено пропорційний – при поглибленні по його висячому боку. Крім цього, товщина рудного тіла справляє прямо пропорційний вплив на обсяг готових до виймання запасів руди незалежно від напрямку поглиблення кар’єру.
3. У процесі планування розвитку гірничих робіт у кар’єрі, при постійній його продуктивності, обсяг готових до виймання запасів гірничої маси є величина змінна, яка залежить від умов залягання рудного тіла і якості руди в цих запасах. Навіть при простих умовах залягання рудного тіла і структурі його якісних показників параметри концентрації впливають на напрямок розвитку і режим гірничих робіт у кар’єрі. При цьому обсяг запасів гірничої маси у кар’єрі зменшується на 8 – 10% відносно нормативного.
4. Якщо на ГЗКах з руди, яка видобувається, виробляється більше одного виду залізовмісткої товарної продукції і в різному співвідношенні, то в процесі визначення напрямку та параметрів концентрації гірничих робіт у кар’єрі вихідний запас руди, готовий до виймання, необхідно приводити до кількості металу в товарній продукції, яку можна виробити з цього запасу.
5. Розроблено методику визначення напрямку і параметрів концентрації гірничих робіт у кар’єрі. Встановлено, що для кожного кар’єру існує така глибина, при якій, зберігаючи потрібну забезпеченість запасами руди і задану продуктивність, перехід на концентрацію гірничих робіт ділянками дозволяє знизити поточні обсяги розкриву, зменшити відстань транспортування гірничої маси і використати частину виробленого простору для внутрішнього відвалоутворення.
6. Встановлено, що на залізорудних кар’єрах оптимальна глибина переходу на концентрацію гірничих робіт ділянками залежить від
27
конкретних гірничо-геологічних і технологічних умов розробки родовищ і коливається в межах 170 – 250 м. При цьому економія витрат на розробку родовища сягає більше 6%. Досягнення більшої ефективності обмежене існуючими можливостями забезпечення потрібної продуктивності і темпів поглиблення на ділянках концентрації.
7. На відміну від існуючої практики підрахунку обсягів відставання розкривних робіт, розроблено нову методику їх визначення. Навіть при нормативному ступеневі забезпеченості запасами гірничої маси,готовими до виймання, істинний обсяг заборгованості по розкриву на залізорудних кар’єрах України на 10 – 20% відрізняється від установленого традиційним способом, а його сумарна величина на теперішній час сягає 380 млн. м3.
8. Розроблено методику визначення параметрів концентрації розкривних робіт в умовах заборгованості кар’єру по розкриву. Ефективність параметрів концентрації визначається істинним обсягом заборгованості, який, в свою чергу, залежить від оптимального ступеня забезпеченості кар’єру готовими до виймання запасами руди.
9. Планування гірничих робіт в умовах можливого непідтвердження геолого-технологічних показників розробки показує існування оптимальних параметрів концентрації, ефективність яких зростає із збільшенням якості руди.
10. Параметри концентрації гірничих робіт у кожному з кар’єрів, які входять до складу різних ГЗКів, залежать від потреби металургії в залізорудній сировині і впливають на структуру гірничо-збагачувального комплексу в регіоні і ступінь його шкідливого діяння на навколишнє середовище.
11. Розроблені методи визначення параметрів концентрації гірничих робіт і гірничорудного виробництва з урахуванням його антропогенного навантаження на навколишнє середовище використано при розробці Програми розвитку і реконструкції гірночорудної промисловості України до 2000 р. Оптимальні параметри і напрямок концентрації впроваджено у вигляді робочої програми розвитку гірничих робіт кар’єру ІнГЗК у 1998 р.
Рекомендації, щодо використання одержаних результатів і їх економічна ефективність. Результати науково-практичних розробок впроваджено у Програму розвитку і реконструкції гірничорудної промисловості України, яка передбачає зміну структури гірничо-збагачувального комплексу України на основі оптимальних параметрів концентрації гірничих робіт і гірничорудного виробництва з урахуванням його антропогенного навантаження на навколишнє середовище. Середньорічний очікуваний економічний ефект складає 16,2 млн. грн. в цінах 1996 р. Використання методики визначення обсягів заборгованості
28
по розкриву й оптимального ступеня забезпеченості готовими до виймання запасами руди при установленні параметрів системи розробки і концентрації напрямку розвитку гірничих робіт у кар’єрі ІнГЗК у 1998 р., дозволило одержати фактичний економічний ефект у розмірі 992,34 тис. грн.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ
ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ:
1. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А. Влияние концентрации горных работ на технико-экономические показатели разработки // Изв. вузов. Горный журнал. – 1992. - № 8. – С. 76 – 79.
2. Близнюков В.Г., Вилкул Ю.Г., Ковальчук В.А. О возможностях снижения вредных выбросов в атмосферу за счет перераспределения мощности ГОКов Кривбасса // Металлургич. и горноруд. пром-сть. Научно-техн. и произв. журнал. – 1992. - № 3. – С. 46 – 48.
3. Близнюков В.Г., Вилкул Ю.Г., Ковальчук В.А. Влияние горно-геологических условий разработки на величину вредного воздействия горных предприятий на окружающую среду // Металлургич. и горноруд. пром-сть. Научно-техн. и произв. журнал. – 1993. - № 2. – С. 71 – 73.
4. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Кущенко Г.Н. Концентрация горных работ в карьере // Металлургич. и горноруд. пром-сть. Научно-техн. и произв. журнал. – 1995. - № 3. – С. 40 – 42.
5. Ковальчук В.А. Влияние горно-геологических факторов на объем готовых к выемке запасов руды и режим горных работ в карьере // Металлургич. и горноруд. пром-сть. Научно-техн. и произв. журнал. – 1997. - № 1. – С. 50 – 53.
6. Ковальчук В.А., Близнюков В.Г., Костянский А.Н., Ященко Б.Е. Взаимосвязь развития горных работ и параметров автомобильно-конвейерного транспорта // Металлургич. и горноруд. пром-сть. Научно-техн. и произв. журнал. – 1999. - № 5. – С. 95 – 97.
7. Ковальчук В.А. Критерий и методика оптимизации параметров концентрации вскрышных работ в карьере // Металлургич. и горноруд. пром-сть. Научно-техн. и произв. журнал. – 1999. - № 6 . – С. 68 – 70.
8. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А. Методика определения направления и параметров концентрации горных работ // Разраб. рудн. месторожд.: Сб. науч. трудов. – Киев: Техніка, 1992. - № 53. – С. 59 – 62.
9. Близнюков В.Г., Вилкул Ю.Г., Ковальчук В.А., Жуков С.А. Критерий эколого - экономической оценки деятельности горных
29
предприятий // Разраб. рудн. месторожд.: Сб. науч. трудов КТУ. – Кривой Рог, 1993. - № 54. – С. 3 – 8.
10. Ковальчук В.А. Влияние концентрации горных работ в карьере на себестоимость руды // Разраб. рудн. месторожд.: Сб. науч. трудов КТУ. – Кривой Рог, 1996. - № 58. – С. 24 – 26.
11. Ковальчук В.А. Обоснование показателя концентрации горных работ в железорудных карьерах // Разраб. рудн. месторожд.: Сб. науч. трудов КТУ. – Кривой Рог, 1998. - № 66. – С. 3 – 5.
12. Ковальчук В.А. Исследование взаимосвязи отставания вскрышных работ и производительности карьера // Разраб. рудн. месторожд.: Сб. науч. трудов КТУ. – Кривой Рог, 1999. - № 67. – С. 3 – 7.
13. Ковальчук В.А. Использование действующих отвалов для захоронения отходов с последующей их рекультивацией // Разраб. рудн. месторожд.: Сб. науч. трудов КТУ. – Кривой Рог, 1999. - № 68. – С. 3 – 7.
14. Ковальчук В.А., Ященко Б.Е., Ковальчук Т.М., Кущенко Г.Н. Установление максимальной производительности и режима горных работ карьера ИнГОК // Разраб. рудн. месторожд.: Сб. науч. трудов КТУ. – Кривой Рог, 1999. - № 69. – С. 70 – 76.
15. Близнюков В Г., Вилкул В.Г., Ковальчук В.А., Гамалинский И.А. Оценка вредного воздействия горно-обогатительного производства Кривбасса на окружающую среду // Проблемы горно-добывающей пром-сти металлургич. комплекса Украины: Сб. науч. трудов. – Кривой Рог: НИГРИ, 1994. – С. 221 – 225.
16. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А. Оптимизация направления и параметров концентрации горных работ // Проблемы горно-добывающей пром-сти металлургич. комплекса Украины: Сб. науч. трудов. – Кривой Рог: НИГРИ, 1994. – С. 85 – 89.
17. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Баранов И.В. О целесообразности концентрации горных работ в глубоких карьерах // Научно-техн. аспекты стабилизации горно-добывающего производства: Сб. науч. трудов. – Кривой Рог: НИГРИ, 1995. – С. 76 – 84.
18. Ковальчук В.А. Взаимосвязь мощности ГОКов и эколого-экономических показателей их деятельности // Проблемы горно-добывающей пром-сти металлургич. комплекса Украины: Сб. науч. трудов. – Кривой Рог: НИГРИ, 1997. – С. 225 – 228.
19. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Ященко Б.Е., Костянский А.Н. Определение размеров отставания вскрышных работ в карьере // Проблемы горно-добывающей пром-сти металлургич. комплекса Украины: Сб. науч. трудов. – Кривой Рог: НИГРИ, 1998. – С. 39 – 42.
30
20. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Костянский А.Н., Ковальчук Т.М. Исследование и оценка параметров размещения перегрузочных пунктов в карьере // Научные аспекты повышения эффективности горнорудного производства: Сб. науч. трудов. – Кривой Рог: НИГРИ, 1999. – С. 30 – 36.
21. Ковальчук В.А. Методика оптимального распределения объемов производства железосодержащей продукции на горно – обогатительных комбинатах Украины // Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 3: Сб. науч. трудов. – Кривой Рог: Механобрчермет, 1999. – С. 138 – 144.
22. Ковальчук В.А. Аналіз проблеми відставання розкривних робіт в кар’єрах Кривбасу та шляхи її вирішення // Відомості Академії гірничих наук України. – Кривий Ріг: Мінерал, 1997. - № 2. – С. 9 – 10.
23. Ковальчук В.А. Вплив непідтвердження геологічних показників розробки на параметри концентрації гірничих робіт в кар’єрі // Відомості Академії гірничих наук України. – Кривий Ріг: Мінерал, 1999 . - №1. – С. 27 – 29.
24. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Ященко Б.Е., Несмашний Е.А. Особенности планирования горных работ в карьере в условиях задолженности по вскрыше // Проблемы комплексного освоения недр: Сб. науч. трудов НГАУ. – Днепропетровск, 1998. - № 2. – С. 170 – 172.
25. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А. О взаимосвязи качества руды в готовых к выемке запасах и направления развития горных работ в карьере // Оперативный контроль и управление качеством минерального сырья при добыче и переработке: Сб. науч. трудов. – Ялта: 1999. – С. 232 – 234.
26. Патент на винахід України № 19626 А. Спосіб відвалоутворення скельних порід. Науково-дослідний гірничорудний інститут. Авт. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Гамалінський І.А., Могілевський Л.М. – 25.12.1997.
27. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Гамалинский И.А., Баранов И.В., Руденко А.Г. Расчет уменьшения производительности карьера и времени полной его остановки в зависимости от величины отставания вскрышных работ. – Киев, 1995. – 9 с. – Деп. в ГНТБ Украины 25.07.95, № 1890 – Ук. 95.
28. Ковальчук В.А., Баранов И.В., Гамалинский И.А. Методика определения параметров концентрации горных работ в карьерах с выдержанными геологическими показателями по простиранию. - Киев, 1996. – 15 с. – Деп. в ГНТБ Украины 25.12.95, № 142 – Ук. 96.
29. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Гамалинский И.А. Установление взаимосвязей обеспеченности готовыми к выемке запасами
31
руды в карьере и себестоимости продукции ГОКов. – Киев, 1996. – 14 с. – Деп. в ГНТБ Украины 21.05.96, № 1225 – Ук. 96.
30. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А. Сравнительная эколого-экономическая оценка горно-геологических условий открытой разработки железорудных месторождений // Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейна: Тез. ІІІ-й Международной конф. – Крым, 1995. – С. 36 – 37.
31. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Баранов І.В. Зниження шкідливого впливу гірничого виробництва на навколишнє середовище за рахунок перерозподілу потужностей залізорудних підприємств // Проблеми екологічної безпеки та керованого контролю динамічних природно-техногенних систем: Матеріали Міжнародної науково-практич. конф. – Львів, 1996. – С. 42 – 43.
32. Близнюков В.Г., Ковальчук В.А., Ященко Б.Е. Проблема оптимального соотношения объемов добычи руды на ГОКах и пути ее решения // Основные направления развития горно-промышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике: Материалы научно-практич. конф. – Кривой Рог, 1998. – С. 26 – 27.
Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві:[1, 4, 8, 16, 20, 29] – розробка й установлення параметрів системи розробки і напрямку концентрації гірничих робіт, обгрунтування економічної ефективності параметрів; [2, 3, 9, 15, 26, 30 - 32] – розробка критерія і методики визначення параметрів концентрації гірничорудного виробництва, визначення продуктивності підприємств, обгрунтування параметрів прийомної ємкості; [14, 19, 24, 27] – розробка методики визначення розмірів відставання і параметрів концентрації розкривних робіт; [6, 25] – обгрунтування оптимального напрямку розвитку гірничих робіт і встановлення його взаємозв’язку з якістю руди в готових до виймання запасах; [17, 28] – обгрунтування параметрів і економічної доцільності розробки кар’єрів ділянками концентрації.
АНОТАЦІЯ
Ковальчук В.А. Оптимізація параметрів концентрації гірничих робіт у залізорудних кар’єрах. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.03 – відкрита розробка родовищ корисних копалин. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2000.
Дисертація присвячена розробці теорії і методів визначення
32
оптимальних параметрів концентрації гірничих робіт у залізорудних кар’єрах. Проведено дослідження змінення основних параметрів системи розробки з глибиною кар’єру й обгрунтовано комплексний оцінний показник ступеня концентрації гірничих робіт. Досліджено вплив гірничо-геологічних умов розробки на параметри концентрації й установлено аналітичні взаємозв’язки між ними. Вперше розроблено методику визначення оптимальної глибини переходу на концентрацію гірничих робіт ділянками. Розроблено нову методику визначення розмірів відставання розкривних робіт у кар’єрі та їх впливу на параметри концентрації розкривних робіт, яка грунтується на змінному значенні ступеня забезпеченості кар’єру запасами гірничої маси. Розроблено економіко-математичну модель визначення параметрів концентрації гірничих робіт в умовах можливого непідтвердження геолого-технологічних показників розробки. Запропоновано критерій і методику визначення параметрів концентрації гірничорудного виробництва з урахуванням шкідливого діяння його об’єктів на навколишнє середовище. Основні результати роботи впроваджено безпосередньо до виробництва у вигляді робочих програм гірничих робіт і у вигляді Програми розвитку і реконструкції гірничорудної промисловості України до 2000 року.
Ключові слова: кар’єр, параметри концентрації, напрямок розвитку, режим гірничих робіт.
SUMMARY
V.A Kovalchuk Mining work concentration parameter optimization in iron ore quarries. – Manuscript.
Dissertation on the competition of scientific doctor’s degree of technical sciences on the specialty 05.15.03 - Open mining of mineral deposits. Krivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 2000.
The dissertation is devoted to the development of theory and techniques of determining optimal mining work concentration parameters in iron ore quarries. The research of the main mining system parameter changes depending on quarry depth has been done. Complex mining work concentration estimation index has been given. The research of the influence of geological conditions of mining on concentration parameters has been carried out. Techniques for determining optimal quarry depth for passing to mining work concentration by sections were found for the first time. A new procedure for stripping volume delay determination in quarry and its influence on stripping concentration parameters was worked out. The procedure is based on changing degree of
33
quarry rock mass supply. Economic and mathematical model for mining work concentration parameter determination in conditions of possible unproved geological mining data was developed. Mining work concentration parameter determination techniques and criteria taking into account its objects’ influence on environment were offered. Main research results were introduced into practice in the form of mining working programs and as the Program for 2000 Ukraine mining industry development and reconstruction.
Key words: quarry, parameters of concentration, direction of development, regime of mine operations.
АННОТАЦИЯ
Ковальчук В.А. Оптимизация параметров концентрации горных работ в железорудных карьерах. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.03 – открытая разработка месторождений полезных ископаемых. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2000.
Диссертация посвящена разработке теории и методов определения оптимальных параметров концентрации горных работ в железорудных карьерах. На основе представительного материала по современному состоянию горных работ произведена оценка железорудных карьеров по степени концентрации горных работ, которая основывается на степени соответствия глубины с максимальными объемами добычи и глубины карьера с максимальной длиной фронта работ и объемами запасов руды, готовых к выемке. Исходя из этого, предложен комплексный оценочный показатель степени концентрации горных работ в карьерах. В результате исследования взаимосвязей экономических показателей разработки и обеспеченности готовыми к выемке запасами руды на карьерах ГОКов Кривбасса установлено, что для каждого карьера существует оптимальная степень обеспеченности готовыми к выемке запасами руды. Значения полученной обеспеченности отличаются от нормативной и находятся в диапазоне 1,11 – 1,6 мес. Исследовано влияние основных горно-геологических факторов разработки на параметры концентрации, направление развития и режим горных работ. Установлено, что учет этих факторов оказывает влияние не только на объем готовых к выемке запасов руды, но и направление развития горных работ в карьере. Разработана методика определения оптимальной глубины перехода на концентрацию горных работ с внутрикарьерным отвалообразованием. Сущность
34
методики заключается в разработке таких параметров и направления концентрации, которые позволяют уменьшить эксплуатационный коэффициент вскрыши и сократить расстояние транспортирования горной массы на участке концентрации. Доказано, что для большинства железорудных карьеров оптимальная глубина перехода на концентрацию составляет 170 – 250 м. На основе анализа причин и механизма накопления задолженности карьеров по вскрыше произведена систематизация различных комбинаций рабочего и проектного положений бортов карьера, которая позволила разработать методику определения размеров отставания и параметров концентрации вскрышных работ. Установлены взаимосвязи основных параметров системы разработки, объемов вскрышных работ и возможной степени неподтверждения геолого-технологических показателей разработки. Полученные аналитические зависимости использованы при разработке экономико-математической модели определения параметров концентрации горных работ и производительности ГОКов по товарному концентрату в условиях возможного неподтверждения геолого-технологических показателей разработки. Проведены исследования по установлению зависимостей количества организованного и неорганизованого пылегазовыделения, а также текущего нарушения земель различными объектами горно-обогатительного производства от их производительности по товарной продукции. Разработан способ отвалообразования скальных пород, позволяющий уменьшить площади нарушаемых земель. Сущность способа заключается в создании на отвальном тупике в процессе отсыпки отвального яруса дополнительной приемной емкости, в которой без дополнительных капитальных затрат можно производить захоронение отходов сточных вод. В процессе дальнейшего развития отвалов возможна и рекультивация отвальных ярусов, что уменьшит неорганизованное пыление отвалов. Результаты исследований в полном объеме использованы при разработке методики определения параметров концентрации горнорудного производства в регионе. Установлено, что эти параметры с учетом антропогенной нагрузки на окружающую среду оказывают существенное влияния на структуру горно-обогатительного комплекса в регионе. Основные результаты работы внедрены непосредственно в производство в виде рабочих программ горных работ и Программы развития и реконструкции горнорудной промышленности Украины до 2000 года.
Ключевые слова: карьер, параметры концентрации, направление развития, режим горных работ.