Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 8
1.1. Тенденции формирования и использования техногенных георесурсов при ведении открытых горных работ 8
1.2. Анализ источников, характеристик и возможностей размещения промышленных отходов 16
1.3. Анализ современного состояния научно-методической базы формирования и использования техногенных георесурсов 30
1.4. Цель, задачи и методы исследования 39
Выводы 41
2. Исследование факторов, влияющих на формирование карьеров и отвалов в виде емкостей 44
2.1. Исследование способов формирования отвалов и выработанного карьерного пространства в виде емкостей для размещения промышленных отходов 44
2.2. Исследование способов изоляции отходов в теле отвала и выработанном карьерном пространстве 56
2.3. Способ сооружения противофильтрационного экрана из материалов прудковой зоны хвостохранилищ 63
2.4. Исследование способов обеспечения устойчивости откосов карьера и отвала, формируемых в качестве емкостей 67
Выводы 76
3. Разработка методики обоснования параметров карьеров и отвалов, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов 78
3.1. Определение ценности формируемого отвала и карьерного пространства при ведении открытых горных работ в качестве емкостей для размещения промышленных отходов 78
3.2. Способы формирования отвалов и карьеров в виде емкостей для размещения промышленных отходов 93
3.3. Обоснование параметров отвала и выработанного карьерного пространства для размещения промышленных отходов 100
Выводы 113
4. Технико-экономическая оценка и реализация работы 115
4.1. Экономическое обоснование целесообразности формирования отвала горных пород в виде емкостей для размещения промышленных отходов 115
4.2. Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьерах «Барсучий Лог», «Гранитный», «Восточный», «Западный» и «Малый Куйбас» 121
Выводы 134
Заключение 135
Библиографический список 138
Приложения
- Анализ источников, характеристик и возможностей размещения промышленных отходов
- Исследование способов изоляции отходов в теле отвала и выработанном карьерном пространстве
- Способы формирования отвалов и карьеров в виде емкостей для размещения промышленных отходов
- Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьерах «Барсучий Лог», «Гранитный», «Восточный», «Западный» и «Малый Куйбас»
Введение к работе
Актуальность работы. Основным направлением повышения технико-экономических показателей открытых горных работ в настоящее время является наращивание производственной мощности за счет использования высокопроизводительного оборудования и создания новых технологических схем разработки месторождений. При этом вскрышные породы и сформированные из них отвалы, а также выработанное карьерное пространство рассматриваются как отходы. Затраты на выемку вскрышных пород и формирование отвалов на строительных карьерах составляют до 15% от общих затрат, а на рудных карьерах, особенно при добыче руд цветных металлов, — до 90%.
В то же время проблема размещения промышленных отходов сейчас представляет собой одну из самых актуальных и жизненно важных для России экономических и экологических проблем. На территории страны накоплено свыше 80 млрд т промышленных отходов, ежегодно их образуется еще до 5 млрд т. Данная проблема может быть решена, прежде всего, за счет использования в качестве емкостей для размещения промышленных отходов карьерных выемок и отвалов вскрышных пород.
Горнодобывающее производство подошло к новому этапу развития и способно поставлять на рынок не только добываемое полезное ископаемое, но и сформированные в процессе ведения горных работ техногенные георесурсы в виде емкостей для размещения промышленных отходов. Однако имеющийся практический опыт и научно-методическая база недостаточны для обоснования параметров и способов формирования карьеров и отвалов с целью их дальнейшего использования в виде емкостей для размещения промышленных отходов.
Одной из задач современного развития горных наук в свете комплексного освоения и сохранения недр Земли является расширение области использования техногенных георесурсов. Решение данной задачи возможно за счет эксплуатации сформированных в ходе горных работ пространств в качестве емкостей для размещения промышленных отходов. Поэтому обоснование параметров карьеров и отвалов вскрышных пород, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов, является актуальной научно-практической задачей.
Цель работы: разработка методики обоснования параметров карьеров и отвалов вскрышных пород, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов, позволяющих повысить экономическую эффективность горнодобывающих предприятий, увеличить срок их функционирования и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Идея работы: использование показателя ценности выработанного карьерного пространства и отвалов вскрышных пород при определении параметров карьеров и отвалов, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов.
Предмет исследования: выработанное карьерное пространство и отвалы вскрышных пород.
Основные задачи исследования:
- анализ тенденции формирования и использования техногенных георесурсов при ведении открытых горных работ; источников и характеристик промышленных отходов, их влияния на окружающую среду;
- исследование способов формирования выработанного карьерного пространства и отвалов в виде емкостей для размещения промышленных отходов с изоляцией последних и обеспечением устойчивости откосов;
- обоснование схем формирования карьера и отвала в виде емкостей для размещения промышленных отходов, разработка методики расчета их параметров;
- разработка математического метода расчета ценности карьеров и отвалов, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов;
- экономическое обоснование целесообразности формирования отвалов вскрышных пород в виде емкостей для размещения промышленных отходов; технико-экономическая оценка предлагаемых технологических решений.
Методы исследования: анализ опыта строительства и эксплуатации полигонов для размещения промышленных отходов, экономико-математическое, трехмерное параметрическое моделирование и обработка результатов исследований на ЭВМ с использованием специализированных программных комплексов.
Научные положения, представленные к защите:
1. Определение параметров карьеров и отвалов вскрышных пород должно осуществляться с учетом перспективы размещения в них промышленных отходов различных классов опасности. Карьеры и отвалы, сформированные в виде емкостей для размещения промышленных отходов, являются новым видом продукции открытой геотехнологии, реализация которой обеспечивает повышение эффективности функционирования горнодобывающих предприятий.
2. Выработанное карьерное пространство рационально формировать в виде емкостей для размещения промышленных отходов V и IV класса опасности, а отвалы вскрышных пород - для отходов II, III и IV классов опасности. Соблюдение экологических требований в этом случае достигается без сооружения технологически сложных противофильтрационных экранов в карьере и создания глиняных экранов при изолировании откосов и основания отвалов.
3. Ценность выработанного карьерного пространства и отвалов вскрышных пород, формируемых в виде емкостей, зависит от вместимости, допустимого класса опасности размещаемых в них отходов и затрат на их формирование. Повышение ценности достигается изменением схемы вскрытия карьера за счет сооружения внутрикарьерных площадок, обеспечивающих создание первоначального фронта работ; схем формирования отвалов путем создания дополнительного яруса, либо использования его существующего откоса; применением технологии подготовки и сооружения изолирующего слоя, учитывающей класс опасности размещаемых отходов. Научную новизну работы составляют:
1. Математический метод расчета ценности выработанного карьерного пространства и отвалов вскрышных пород, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов, основанный на оценке вместимо-. сти данных емкостей, классе опасности размещаемых отходов и расстоянии их транспортирования.
2. Методика определения параметров карьеров и отвалов, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов различных классов опасности с учетом ценности данных объектов.
3. Зависимости приращения глубины карьера от коэффициента, учитывающего ценность карьера и отвалов, позволяющие определять эффективную глубину ведения открытых горных работ с учетом использования выработанного карьерного пространства и отвалов вскрышных пород в виде емкостей для размещения промышленных отходов.
Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами применения методических положений диссертации при {: ликвидации карьеров «Западный» и «Восточный» горы Дальняя ГОП ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Личный вклад автора состоит в разработке методики обоснования параметров карьеров и отвалов, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов; разработке схем и алгоритма выбора способов формирования карьеров и отвалов в виде емкостей для размещения промышленных отходов, создании метода расчета ценности карьеров и отвалов.
Практическая ценность работы заключается в обосновании схем формирования выработанного карьерного пространства и отвалов вскрышных пород в виде емкостей для размещения промышленных отходов; разработанном аналитическом способе определения параметров отвалов; способе создания противофильтрационных экранов из материалов прудковой зоны хвосто хранилищ.
Реализация рекомендаций. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по ликвидации карьеров «Западный» и «Восточный» горы Дальняя горно-обогатительного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2007, 2008 гг.); IV международной научно-технической конференции «Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи» (г. Сибай, 2007 г.); «Проблемы открытой разработки месторождений полезных ископаемых» (г. Екатеринбург, 2007 г.); на 65 и 66 научно-технической конференции по итогам НИР, г. Магнитогорск; на технических советах горно-обогатительного производства ОАО «ММК»; на заседаниях кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых Магнитогорского государственного технического университета; на научно-технических семинарах факультета горных технологий и транспорта Магнитогорского государственного технического университета. :,
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в б печатных работах. Из них 3 в изданиях, аннотированных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 147 страницах, содержит 38 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 106 наименований и 2 приложения.
Анализ источников, характеристик и возможностей размещения промышленных отходов
На каждого жителя планеты,ежегодно приходится 45 т добываемого сырья . которое перерабатывается в продукты потребления с использованием 800 т. свежей воды, 2.5 кВт мощности и отторжения 2 м" поверхности земли. Только= 2% добываемых твердых полезных ископаемых используются человечеством, остальные складируются в накопителях промышленных отходов [102].
Ежегодное Российской; Федерации образуется около 7 млрд т всех видов, отходов из которых используется лишь 2 млрд т, или 28,6% [90].
Сложившаяся в стране ситуация с твердыми отходами представляет реальную угрозу здоровью населения І и отражает одну из сторон экологического кри- . зиса; в котором находится; страна. Главной его причиной является сложившаяся за многие десятилетия нерациональная структура1 хозяйствования, при которой дефицит энергетических и материальных ресурсов восполнялся наращиванием их производства , с одной стороны, и сформировавшимся: в обществе потребительским ОТНОШеНИеМ К ПрИрОДе — С ДруГОЙ:
Кроме-того, не в полной мере были использованы ресурсосберегающие, ма 17 лоотходные технологии, эффективно работающие очистные сооружения. В результате, 28 тыс. предприятий страны, в том числе 428 металлургических, 625 химических и нефтехимических, 5429 машиностроительных, оказывают крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду и население (рис. 1.1). Только в 2001 году на 138 промышленных предприятиях Челябинской области образовалось и было обезврежено 15 млн т промышленных отходов всех классов опасности, что на 1,8 млн т больше соответствующих показателей 2000 года. К началу нового века на территории Челябинской области было накоплено 3 млрд 995 млн т отходов разного класса опасности. В 2006 году в Челябинской области образовалось более 70 млн т отходов.
Воздействие горного производства на окружающую среду, в отличие от большинства других отраслей промышленности, носит объемный характер, существенно видоизменяя литосферу, гидросферу, атмосферу, а также поверхность Земли. Техногенное нарушение литосферы при этом абсолютно неизбежно, так как только таким путем достигается главная цель — добыча минерального сырья. [82]
Продукты земной коры составляют 90 % в общем объеме продуктов, потребляемых человеческим сообществом. Их получение в горнодобывающих регионах обусловливает экологический ущерб на значительных площадях [72].
Любое предприятие функционирует за счет воздействия на сырье различными технологиями с целью производства либо сырья для другого предприятия или промышленности, либо выпуска готовой продукции, но в большинстве случаев первоначальным сырьем является добытое полезное ископаемое. В результате разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом на земной поверхности формируются отвалы вскрышных пород и выработанное карьерное пространство. Добытое сырье, как правило, поступает на обогатительные фабрики, где подвергается обогащению, после чего оно поступает на перерабатывающие комбинаты с целью преобразования его в готовую продукцию (рис. 1.2). При данной схеме, на каждом стадии преобразования исходного сырья происходит накопление отходов, причем их класс опасности по мере переработки повышается. Таким образом, каждое предприятие, занимающееся добычей, обогащением или переработкой сырья, вынуждено размещать отходы максимально близко к своему производству с целью сокращения затрат на их транспортировку [79].
Особой проблемой стали утилизация и обезвреживание опасных отходов производства и потребления. Ежегодно их образуется около 75 млн т, а утилизируется и обезвреживается лишь 18%. Около 80% отходов, содержащих соли тяжелых и редких цветных металлов, соединений мышьяка и др., образуются на металлургических и агрохимических предприятиях.
Основная часть опасных отходов, около 60%, помещается в специально отведенные места. Однако в ряде отраслей промышленности образующиеся токсичные отходы предприятий энергетики (87%), тяжелого (50%) и сельскохозяйственного машиностроения (32%), станкостроения (20%), химической и нефтехимической (23%), медицинской промышленности (20%) вывозятся на полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) и несанкционированные свалки. В целом по России вывоз таких отходов на полигоны ТБО составляет 5% [43].
Ежегодно образуется около 130 млн м твердых бытовых отходов. Из них 124 млн м вывозится на свалки, остальной мусор уничтожается на мусоросжи-гающих и мусороперерабатывающих заводах [54].
В связи с недостаточным количеством полигонов для складирования и за хоронения промышленных отходов широко распространена практика размещения промышленных отходов в местах неорганизованного складирования отхо 21 дов. Стихийное образование и расширение несанкционированных свалок остается основной экологической проблемой для большинства густонаселенных регионов Российской Федерации.
На начало 2003 г. на территории Челябинской области было накоплено 4047,4 млн т отходов, в т.ч.: I класса опасности -10,8 тыс. т; II класса опасности - 20,2 тыс. т; III класса - 13,65 млн т; IV класса - 43,3 млн т; V класса опасности — 3990,5 млн т.
За 2003 г. образовалось 82,3 млн т отходов (на 664 тыс. т больше, чем в 2002 г.). В общей массе образовавшихся отходов основную долю составляют практически неопасные отходы V класса опасности - 64 млн т (77,7%) и малоопасные отходы IV класса опасности - 17,5 млн т (21,2%). Суммарный вклад умеренно опасных, высокоопасных и чрезвычайно опасных отходов в общей доле образования отходов составляет менее 1%. По количеству образования высоко- и чрезвычайно опасных отходов (за исключением отработанных ртутьсодержащих люминесцентных ламп) выделяются следующие предприятия: - ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» —1,6 тыс. т фусов конденсации; 5,1 тыс. т фусов дешламации; 1 т пыли после очистки «белых дымов» (все I класса опасности); 1,2 тыс. т травильных растворов, 1,2 тыс. т кислой смолки и 280 т уловленной смолы (все II класса); - ОАО «Мечел» - 850 т каменноугольных фусов (I класс); 2,3 тыс. т кубовых остатков; 2,3 тыс. т травильных растворов и 1,3 тыс. т кислой смолки (II); - ОАО «Челябинский цинковый завод» — 0,42 т ртутно-селенового шлама и 12 т отработанного ванадиевого катализатора (оба I класса опасности). Основная доля всей массы образовавшихся за 2003 г. отходов приходится на предприятия черной металлургии - 61 %, топливной промышленности - 27%, промышленности строительных материалов - 4%, цветной металлургии - около 3%, электроэнергетики - 2%.
Исследование способов изоляции отходов в теле отвала и выработанном карьерном пространстве
Главной задачей при размещении отходов различного класса опасности является их полная изоляция, обеспечивающая защиту окружающей природной среды от загрязнения. Следовательно, особые требования должны предъявляться к защитным противофильтрационным экранам полигонов с целью предотвращения распространения загрязняющих веществ в почву, поверхностные и грунтовые воды. Изоляция захораниваемых отходов должная обеспечиваться на протяжении нескольких десятков лет после окончания эксплуатации полигона.
В действующих нормативных документах регламентируются максимально допустимые коэффициенты фильтрации грунтов, для различных классов опасности их значения варьируются от 10" до 10" см/с (от 0,86-10" до 0,86-10" м/сут) [74], в которых разрешается осуществлять захоронение отходов различных классов опасности без специальных мероприятий по устройству противофильт-рационных экранов.
При захоронении в отвалах вскрышных пород и выработанном карьерном пространстве невозможно обойтись без сооружения защитных противофильт-рационных экранов. Таким образом, при размещении отходов в теле отвала их необходимо надежно экранировать не только в местах сопряжения с земной поверхностью с целью предотвращения проникновения загрязняющих веществ в почву, но также обеспечить изоляцию всей поверхности отвала со стороны контакта с отходами с целью предотвращения проникновения в отвал-полигон атмосферных и талых вод, способных вымыть загрязняющие вещества в окружающую среду.
При захоронении промышленных отходов в выработанном карьерном пространстве необходимо обеспечить противофильтрационную защиту дна карьера, всей площади борта карьера, а также при завершении эксплуатации такого полигона обеспечить изоляцию поверхности.
На сегодняшний день существует множество разнообразных материалов и технологий по сооружению противофильтрационных экранов. Наиболее распространенными из-за простоты конструкции, доступности и дешевизны изолирующего материала являются глиняные однослойные экраны, кроме того, они обеспечивают высокую надежность и долговечность. Исходная глина ненарушенной структуры должна иметь коэффициент фильтрации Kf не ниже 0,001 м/сут. При использовании ее в экранах глина превращается в пасту путем перемешивания и достижения необходимого коэффициента фильтрации. Толщина экрана обосновывается расчетами, исходя из допустимого градиента напора 1=10 должна быть не мене 0,5 м. В случае необходимости повышения защитных свойств противофильтрационных сооружений применяют двухслойные глиняные экраны. Они состоит из двух слоев глины, каждый толщиной не менее 0,5 м. Между слоями глины устраивается дренажный слой из крупнозернистого песка толщиной 40-60 см, уточняемый расчетами. Поверхность экрана планируется таким образом, чтобы дренажные воды между слоями глины поступали в трубчатые дрены и с помощью насосной станции вновь закачивались в емкость. Эффект двухслойного экрана заключается в том, что на нижний слой действует напор воды, равный глубине ее в дренажном слое.
Данные экраны целесообразно использовать для изоляции оснований отвалов, формируемых в виде емкостей, а также их поверхности и в случае разме 58 щения отходов в выработанном карьерном пространстве.
В лаборатории геомеханики кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых Магнитогорского государственного технического университета были определены характеристики глиняных пород ряда месторождений (табл. 2.3), которые возможно использовать для сооружения данных проти-вофильтрационных экранов.
Грунтобитумный экран назначается, как правило, как основание для других типов экранов и представляет собой минеральный естественный грунт, обработанный на глубину 10-15 см жидким битумом или нефтью с добавлением цемен 59 та и уплотненный гладкими катками. Перед внесением добавок грунт протравливается гербицидами на глубину до 20 см. Данный тип экрана целесообразно использовать для изолирования всей площади основания отвала, но только после удаления мягких пород с мест, где планируется формировать данный отвал, а также дна карьера. Увеличение степени уплотнения на 1% обычно соответствует увеличению прочности, по крайней мере, на 10-15%. Хотя стоимость уплотнения может составлять только 3-5% от общей стоимости строительства [87].
Применение экранов из железобетонных плит целесообразно использовать в небольших емкостных сооружениях типа резервуаров и отстойников, поскольку бетон или железобетон чистом виде имеет сравнительно высокий коэффициент фильтрации (Kf= 0,01 м/сут). Снижение коэффициента фильтрации до Kf = 0,00001 м/сут возможно достигнуть путем торкретирования или силикатизации. Однако этот процесс дорогостоящий, поэтому железобетон возможно применять в качестве сооружения отдельных камер для размещения отходов, при этом для соблюдения фильтрационных и прочностных свойств толщина монолитных или сборных железобетонных плит принимается не менее 10-15 см, бетон марки не ниже ВЗО, F100, W8 в соответствии со СНиП 2.03.01-84. Данный тип экранов целесообразно применять для сооружения основания для других типов экранов, при размещении отходов II и III класса опасности.
Также для изоляции основания и поверхности карьера и отвала, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов, целесообразно применять асфальтобетонные однослойные экраны с битумным покрытием. Их выполняются из гидротехнического мелкозернистого асфальта. Основанием однослойного экрана могут быть практически любые грунты, поддающиеся обработке грейдером, с модулем деформации после уплотнения не менее 10 МПа (100 кгс/см"). После планировки грунты подвергаются обработке (протравливанию) гербицидами на глубину 20 см. Затем производится поверхностная обработка грунта на глубину 10-15 см с внесением битума или сырой нефти из расчета 1,5-2,0 кг/м2. После чего основание уплотняется 5 60 тонными катками до полного устранения деформации. При сравнительно слабых пылеватых супесях и суглинках перед розливом нефти или битума рекомендуется вносить активные добавки. На подготовленное основание укладывается мелкозернистый асфальтобетон слоем 40-60 мм. Поверхность асфальтобетона покрывается слоем жидкого битума толщиной 2-4 мм с последующей посыпкой слоем песка толщиной 5-10 мм. При напорах до 5-10 м экран считается нефильтрующим. На откосах при необходимости устраивается дополнительное крепление, обоснованное волновыми расчетами.
Способы формирования отвалов и карьеров в виде емкостей для размещения промышленных отходов
Формирование карьерного пространства и отвалов горных пород в виде емкости для размещения промышленных отходов требует привлечения дополнительных ресурсов, поэтому оно должно осуществляться с учетом ценности данных объектов. Горнодобывающие предприятия, осуществляющие деятельность по созданию емкостей для размещения промышленных отходов в отвалах вскрышных пород и выработанном карьерном пространстве, можно разделить на группы: - проектируемые (месторождение подлежит разработке впервые); - действующие (отработана незначительная часть запасов); - ведущие доработку (отработана большая часть запасов).
В соответствии с данной классификацией в диссертационной работе предложены способы формирования выработанного карьерного пространства и отвалов горных пород в виде емкости для размещения промышленных отходов.
На стадии проектирования горнодобывающего предприятия необходимо предусмотреть ведение горных работ таким образом, чтобы обеспечить использование сформированного карьерного пространства для размещения промышленных отходов. Для этого в работе предлагается предусмотреть использование внутрикарьерных площадок для временного формирования внутреннего отвала (рис. 3.7, а), а также сооружение площадок в конце стационарных съездов через каждые 2-4 уступа (20-40 м) (рис. 3.7, б).
Каждый горизонт выработанного карьерного пространства предлагается рассматривать как карту для размещения промышленных отходов. В большинстве случаев карьеры на конец отработки имеют совмещенные уступы, число которых, чаще всего, достигает 3, а высота такого уступа - 30 м. Кроме того, при разработке крутопадающих залежей, как правило, дно карьера определяет конфигурацией рудного тела и не превышает технологических параметров применяемого оборудования.
Размеры площадки в плане для создания первоначального фронта размещения промышленных отходов в карьере рекомендуется принимать в соответствии с параметрами эксплуатируемой техники для обеспечения разворота транспортных средств.
При разработке нового месторождения необходимо предусмотреть одновременное формирование карьерного пространства и отвалов горных пород в виде емкости для размещения промышленных отходов (рис. 3.7, г). Данный способ возможен при близком расположении функционирующих горнодобывающего и перерабатывающего производств.
При размещении в карьере отходов IV класса опасности возможно осуществлять их отсыпку одним уступом, примером формирования высокого отвала в карьером пространстве является разработка Карагайского магнезитового карьера, складирование вскрышных пород которого осуществляется в выработанном пространстве примыкающего к нему Гологорского карьера [59]. В начальный период отсыпка внутреннего отвала высотой 144 м производилась автосамосвалами со специальных разгрузочных платформ, установленных на верхней площадке отработанного борта. По мере заполнения первой отвальной заходки платформы перемещались вдоль фронта отвальных работ. В дальнейшем с понижением высоты отвала последующие отвальные заходки отсыпались автосамосвалами непосредственно под откос через предохранительный вал.
При доработке карьеров Богословского и Волчанского угольных месторождений был предложен вариант засыпки карьера сверху одним уступом высотой 156 м. Однако из-за недостаточной устойчивости отвала и бортов его решили формировать двумя ярусами высотой 93 и 63 м с расположением отвального экскаватора на устойчивом массиве [21].
В случае, когда осуществляется разработка месторождения полезных ископаемых при отсутствии источника промышленных отходов, но прогнозируется его появление, целесообразно вскрышные породы складировать в отвал таким образом, чтобы с минимальными затратами преобразовать их в емкость для размещения отходов введенного в эксплуатацию промышленного предприятия (рис. 3.8, а).
При полной отработке запасов месторождения размещение промышленных отходов возможно с использованием существующих отвалов вскрышных пород.
Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьерах «Барсучий Лог», «Гранитный», «Восточный», «Западный» и «Малый Куйбас»
Карьер «Барсучий Лог» расположен на территории Новоорского района Оренбургской области Российской Федерации, в 50 км к северо-востоку от г. Ясный, в 40 км к востоку от г. Новоорск, в 60 км к северу от рабочего поселка Домбаровский и в 52 км от поселка Гранитный. Город Гай расположен в 80 км к западу. Ближайшие железнодорожные станции, имеющие железнодорожную связь с промплощадкой карьера, находятся в 35-40 км.
В результате добычи медно-колчеданной и серно-колчеданной руды было извлечено 14 676 тыс. м горной массы, из которой 11 618,5 тыс. м вскрышных пород вывезено на внешние отвалы. В результате площадь, занятая под отвалами, составит 39,7 га (рис. 4.1). В диссертационной работе рассмотрен вариант использования выработанного карьерного пространства и отвала вскрышных пород в виде емкости для размещения промышленных отходов III, IV и V классов опасности с применением различных видов транспорта. На территории Оренбургской области общее количество образовавшихся в 2003 г. отходов составило 25,7 млн т, из них: I класса опасности -0,1 млн т; II класса - 0,007 млн т; III класса - 0,22 млн т; IV класса - 21,1 млн т; V класса - 4,25 млн т. Из общего количества образовавшихся отходов использовано и обезврежено 10,7% отходов, остальные направлены в места организованного складирования. Таким образом, при размещении промышленных отходов IV класса опасности в выработанном карьерном пространстве годовая прибыль составит 5,78 млн руб.
При разработке месторождения были сформированы отвалы вскрышных пород общей емкостью 11,6 млн м , на площади 39,7 га при достигающей их высоте 45 м. Общая площадь, занятая под промплощадкой, составляет 123,5 га, в том числе карьер 25,2 га.
В диссертационной работе предложен вариант формирования из пород отвала емкости для размещения промышленных отходов. Для этого предлагается максимально использовать площадь нарушенных земель при сооружении промплощадки. С целью определения оптимальных параметров отвала при его формировании с заданным размером основания и максимальной вмещающей емкости была использована методика, описанная в п. 3.3. диссертации. Исходные данные для определения параметров отвала: 1. Объем вскрышных пород - 11 618 500 м3. 2. Площадь основания проектируемого отвала - 69,4 га. 3. Угол откосов - 35,27 град. В соответствии с методикой определения параметров отвалов, формируемых в виде емкостей для размещения промышленных отходов, первоначально был определен угол откосов проектируемого отвала по формуле (2.2) в соответствии с физико-механическими свойствами пород и коэффициентом запаса устойчивости, равным 1,2.
В программе Excel из пакета Microsoft Office на основе (3.19) - (3.47) было произведено математическое моделирование параметров отвала, формируемого в виде емкостей для размещения промышленных отходов. На основе результатов расчета данной модели в среде Autodesk AutoCAD осуществлялось трехмерное параметрическое моделирование с целью визуального исключения ошибок расчетов, а также привязки к местности и существующим объектам рассматриваемого месторождения. Электронные таблицы Excel в своем составе имеют встроенный инструмент поиска решений задач оптимизации, на основе которого и были определены оптимальные параметры отвала, формируемого в виде емкостей для размещения промышленных отходов. Определение оптимальных параметров отвала осуществлялось с учетом следующих критериев: 1. Площадь основания отвала, формируемого в виде емкостей, 69,4 га. 2. Высота отвала от 20 до 25 м, с точки зрения затрат на переподъем пород. 3. Размеры дна карты - не менее 20 м, для обеспечения работы бульдозера. 4. Соотношение сторон основания отвала в плане от 1:1,5 до 1:4. 5. Количество карт 1 и m n, с точки зрения снижения площади основания. В результате расчетов на модели определены следующие параметры отвала, формируемого в виде емкостей для размещения промышленных отходов: 1. Высота 23,5 м. 2. Размеры основания в плане: длина - 938,5 м, ширина - 739,5 м. 3. Количество карт -7x3=21 шт. 4. Емкость для размещения отходов - 173,568 м3 х 21 = 3 644 923 м3. 5. Размеры дна карты в плане - 22,2 х 54,4 м. 6. Объем противофильтрационного материала, - 615 780 м . 7. Площадь основания отвала, формируемого в виде емкостей - 69,4 га. В работе предлагается в теле отвала разместить промышленные отходы IV и III класса опасности. В качестве материала для создания противофильтрационного экрана использовать глину. Поскольку вблизи промплощадки отсутствует глина, отвечающая предъявляемым требованиям, ее предполагается завести автотранспортом с участка, расположенного в 5 км. Ценность отвала, формируемого в виде емкостей для размещения промышленных отходов, согласно (3.6), Предлагает в договоре о приеме к размещению промышленных отходов затраты на их транспортирование железнодорожным транспортом поделить поровну между собственником и владельцем отходов, тогда их величина согласно формуле.
