Обоснование конструкции и параметров подземной геотехнологии при комбинированной разработке рудных месторождений (19.03.2012)

Автор: Соколов Игорь Владимирович

< 1

Анализ систематизации подтверждает вывод, что изолирование производится для выемки основных запасов, а мероприятия, направленные на ее обеспечение, реализуются в переходной зоне. Следовательно, при последовательной схеме изменение высоты переходной зоны HП происходит только за счет высоты основных НО подземных запасов месторождения (участка, блока) HП=Н–НО.

Для технико-экономической оценки вариантов подземной разработки переходной зоны разработаны методика и компьютерная программа определения извлекаемой ценности, эксплуатационных затрат и прибыли, основанные на учете специфических факторов по установленным коэффициентам изменения себестоимости и изоляции. Целевая функция (3) для j-го варианта технологии и i-го способа изоляции приобретает развернутый вид

+cиз j]}(max, (4)

где SБ – горизонтальная площадь блока (м2) является const при постоянной мощности рудного тела m и ширине блока BО; ?p – плотность руды, т/м3; k – курс рубля к ам. доллару, руб./долл.; n – количество извлекаемых металлов (1-медь и 2-цинк); ki – доля цены i-го металла на LME, выплачиваемой ГОКу металлургической компанией потребителем концентрата; Zi – цена i-го металла на LME, долл./т; сi – содержание i-го металла в погашаемых балансовых запасах, %; ПП, ПО, РП, РО – потери и разубоживание при отработке, соответственно, переходной зоны и основных запасов, доли ед.; ?Пдj, ?Одj– коэффициенты качественного извлечения руды при отработке соответственно переходной зоны и основных запасов, доли ед; ?Поi, ?Ооi – извлечение i-го металла в концентрат при обогащении, доли ед; cпнр, cотб, cвып, cзак, cвент – удельные эксплуатационные затраты на процессы, подверженные влиянию специфических факторов – ПНР, отбойку, выпуск и доставку, закладку, вентиляцию, руб./т; Сj* – суммарные удельные эксплуатационные затраты на процессы, не подверженные влиянию специфических факторов, руб./т; cизj – удельные эксплуатационные затраты на создание изолирующего массива (перекрытия или массива разрыхленных пород) вне подземных запасов, руб./т.

Адекватность экономико-математической модели, представленной 18 зависимостями ТЭП от 90 факторов, установлена сопоставлением моделируемого показателя производительности труда по этажно-камерной системе разработки с твердеющей закладкой с объектом моделирования. Разница в 6,5% (по данным Гайского подземного рудника) показывает адекватность модели. Ее использование позволяет установить зависимости ТЭП от специфических и традиционных факторов, на основе совместной оптимизации параметров отработки переходной зоны и основных запасов выбрать оптимальные и оценить в целом состояние подсистемы очистная выемка подземных запасов при комбинированной разработке.

Исследовано влияние экономических факторов, не зависящих от технологии ведения горных работ, на примере отработки Учалинского месторождения этажно-камерной системой с закладкой в соответствии с (3) – это Z, ki(0,5, k и c. Данные факторы учитываются в Цизв наряду c П, Р и ?о, оптимизация которых повышает эффективность работы подземных рудников (особенно в кризисных условиях) за счет неинвестиционного характера (в отличие от приобретения новой техники, модернизации технологии добычи и т.п.). Рассмотрена мультипликативная модель вида Цизв=0,5zcП?оk. На основании метода детерминированного факторного анализа (ДФА) получено уравнение регрессии в аддитивной форме с коэффициентами, равными относительным изменениям извлекаемой ценности при изменении факторов.

Цизв = 0,179Z + 9187c + 3,54k + 107,6? + 53,7П. (5)

Для установления влияния наиболее значимых факторов Z, c и k на Пр проведено ЭММ. Установлено, что критическими для применения данной технологии являются: цена на медь на LME в диапазоне 3100-3200 $/т и курс ам. доллара в диапазоне 23-23,5 руб./$; ниже данных значений освоение уральских медноколчеданных месторождений становится убыточным (рис. 3,а). Минимальное содержание меди равно от 1,4 до 2,3 % при содержании цинка от 5,0 до 1,0 % (рис. 3,б).

Рисунок 3 – Зависимость прибыли от Z и k (а) и содержания меди и цинка (б)

Обоснование параметров и конструкции изолирующих массивов проведено по известным методикам. Для условий рудника «Удачный» определена толщина изолирующего массива разрыхленных пород (предохранительной подушки) по условиям: обеспечения безопасности ПГР от обрушающихся пород уступов карьера в зависимости от высоты падения Нпад=145(270 м; образовавшийся при этом ударной воздушной волны (УВВ); предотвращения естественных тяг через породную подушку в результате ААС при средней температуре холодного периода –22(С и обеспечения удовлетворительного выхода негабарита ?7 % при среднем диаметре куска подушки dср=0,25м и подаче необходимого количество воздуха на горизонт Qв=418 м3/с (табл. 4). Установлено, что затраты на создание подушки не более 6-15 %, существенно большее влияние оказывают затраты на добычу и переработку разубоживающих пород и недополучение извлекаемой ценности. АК «АЛРОСА» рекомендовано образование рудной подушки из взорванных и невыпускаемых рудных запасов этажа -320/-365м. Для Учалинского рудника толщина подушки рассчитана исходя из условий: Нпад = (380–324)+60=116 м; формирования массива из отвальной породы при dср=0,45 м и Qв=150 м3/с.

Таблица 4 – Толщина предохранительной подушки (м) на рудниках

Факторы, определяющие толщину подушки Учалинский «Удачный», горизонты

гор. 380 м -365 м -465 м -565 м -665 м

Действие удара обрушившихся пород 15 17 23 26 28

Действие УВВ 30 25 40 55 70

Действие ААС 40 30 45 50 55

Принятая толщина подушки 40 30 45 55 55

Для условий разработки переходной зоны Учалинского медно-цинкового месторождения установлена толщина изолирующего целика: рудного 7,7-19,6 м и искусственного 4,3-30,5 м в зависимости от ширины камер BО=10(17,5 м и прочности искусственного массива изолирующего целика 3-7 МПа, соответственно. Эти параметры явились предметом оптимизации.

На этапе предварительного отбора экспертным путем были исключены из рассмотрения варианты технологии с открытым очистным пространством (j=1), применение которых обуславливает оставление в недрах неизвлекаемых запасов руды в целиках (барьерных, потолочных и МКЦ), что априори недопустимо для месторождений руд цветных металлов, являющихся ценными (сСu=1,8 %, сZn=4,2 %). Для ЭММ приняты следующие исходные данные: глубина карьера Нк = 324 м; мощность рудного тела 60 м (средняя по месторождению); H=80 м. Использование СО: на бурении станка типа Solo1008 и карьерного СБШ-190/250-62 (?=0,7), на выпуске и доставке ПДМ ТОРО-007. Способ проветривания – всасывающе-нагнетательный. Камеры располагаются вкрест простирания рудного тела. Стоимостные показатели приняты по данным Учалинского ГОКа в ценах 1998 г. В соответствии с предложенной систематизацией были сконструированы альтернативные варианты технологии:

- I.1.2.а этажно-камерная система разработки с закладкой под рудным целиком и последующей его отработкой подэтажным обрушением;

- I.1.2.б этажно-камерная система разработки с закладкой под рудным целиком и его последующим обрушением (рис. 4,а);

- I.2.2 этажно-камерная система разработки под искусственным целиком, созданным горизонтальными слоями с закладкой, – проектный (базовый);

- I.3.2 этажно-камерная система разработки под искусственным целиком-потолочиной, сформированным на дне карьера (рис. 4,б);

- II.4.3 система этажного принудительного обрушения на компенсационные камеры под массивом разрыхленных пород (рис. 5,а);

- III.5.2 этажно-камерная система разработки без изоляции с применением на бурении карьерных буровых станков.

Рисунок 4 – Варианты систем разработки под рудным целиком и последующим его обрушением (а) и искусственным целиком на дне карьера (б)

Для каждого технически возможного значения Bоij = 10; 12,5; 15 и 17,5 м существуют строго определенные значения Hоij и Hпij. Применяя соответствующие kи, КААСij и Ккарij для каждого разработанного варианта технологии можно выбрать оптимальный по максимуму Прij; соответствующие ему параметры HП и HО также оптимальны. В результате ЭММ установлено:

- при Bо=10(12,5 м оптимальна этажно-камерная система разработки с твердеющей закладкой под искусственным перекрытием, созданным на дне карьера (I.3.2) при его толщине Hпер32=6,7 м и прочности материала перекрытия [?персж]=7 МПа;

- при Bо=15(17,5 м оптимальна этажно-камерная система разработки с твердеющей закладкой под рудным изолирующим целиком и последующим его обрушением на отработанную камеру (I.1.2.б) при его толщине (высоте переходной зоны Hп12) 14,9 и 19,6 м, соответственно;

- даже эти наиболее эффективные варианты имеют худшие ТЭП по сравнению с отработкой запасов без влияния специфических факторов. При этом коэффициент изменения рудничной себестоимости Круд, определенный как количественная мера затрат, которые дополнительно, по сравнению с чисто подземной разработкой, необходимо произвести при выемке переходной зоны, равен 1,024-1,056. Эффект от применения карьерного бурового оборудования не перекрывает ухудшение ТЭП от влияния ААС.

В свете этого создан новый вариант этажно-камерной системы разработки с отбойкой методом VCR под рудным целиком и последующим его обрушением (а.с. №1767178), позволяющий в наибольшей степени использовать карьерные буровые станки и снизить влияние ААС (рис. 5,б). Данный вариант (I.1.2.в) эффективен во всем диапазоне геомеханически допустимых значений Bо: Пр на 24 % выше, чем при использовании базового варианта. При этом Круд=0,88(0,93.

Рисунок 5 – Варианты систем разработки под массивом разрыхленных пород, сформированным на дне карьера, (а) и под рудным целиком с использованием карьерных буровых станков и отбойкой методом VCR (б)

????????%??????¤?¤????%?T

??????$???????§

???????????§

???????¬

%й технологии отработки переходной зоны уральского медноколчеданного месторождения (на примере Учалинского) в современных условиях была актуализирована экономико-математическая модель, разработанная ранее под рук. Ю.В. Волкова. Для этого написана компьютерная программа в приложении Ехсеl пакета программ Microsoft Office и проведено ЭММ в ценах 2008 г. (табл. 4).

Таблица 4 – ТЭП по вариантам технологии отработки переходной зоны

Результаты ЭММ показали, что эффективность варианта I.1.2в подтверждена во всём диапазоне геомеханически допустимых значений Во=10(17,5 м. Пр1.2в на 2-3 % выше наиболее конкурентоспособных вариантов I.3.2 и II.4.3 и на 27-37 % наименее эффективного – I.2.2 (рис. 6,а). Положительный эффект от применения карьерных буровых станков лишь нейтрализует отрицательное действие ААС: Круд=0,99(1,03. В современных условиях это можно объяснить увеличением доли затрат на процессы, подверженные действию ААС. Вариант этажного принудительного обрушения с отбойкой на компенсационные камеры под массивом разрыхленных пород II.4.3 имеет наименьшую себестоимость 1209-1260 руб./т (рис. 6,б). Повышение эффективности технологии с обрушением можно объяснить увеличением доли эксплуатационных затрат на закладочные работы в 2008 г. по сравнению с 1998 г. Можно прогнозировать повышение конкурентоспособности технологий с обрушением, поскольку повышение извлекаемой ценности за счет лучших показателей извлечения не перекроет рост эксплуатационных затрат при системах с закладкой. Отработка трубки «Удачная» с обрушением подтверждает данный вывод.


загрузка...