Введение к работе
Актуальность. Разработка штокообразных глубоких залежей полезных ископаемых, какими являются кимберлитовые трубки с малыми размерами и округлой формой в плане, отличается от других тем, что вскрытие рабочих горизонтов производится в течение всего периода эксплуатации месторождения. При этом по мере развития горных работ в глубину, транспортные и инженерные коммуникации постоянно переносятся до момента подхода уступов к конечному контуру карьера для обеспечения определенной последовательности отработки слоев. Все главные параметры карьера, масштабы горных работ и технология определяются конечной глубиной карьера.
Целый ряд кимберлитовых карьеров Якутии, находящихся в стадии эксплуатации, характеризуется наличием одного или нескольких водоносных горизонтов с во-допритоками различной интенсивности (от 85 до 1200 м /час). Поступающая в карьеры вода обладает высокой минерализацией (до 400 г/л) и имеет свойства рассола, то есть весьма агрессивной среды. Промышленная и экологическая безопасность ведения горных работ требует непрерывной откачки поступающих в карьер вод, что обеспечивается применением сложных многоступенчатых схем водоотлива.
Эффективность схем водоотлива карьеров в период их строительства и эксплуатации устанавливается соответствующими техническими и гидрогеологическими расчетами по критерию соответствия производительности насосов и максимального расчетного суточного притока дождевых и подземных вод. В то же время, в существующих расчетных методиках не учитываются такие важные технологические характеристики схем водоотлива, как уровень занятости карьерного пространства под комплексом водоотливных сооружений (KBС), возможные простои водоотлива в период монтажа-демонтажа и количество перестановок КВС во взаимосвязи с глубиной отработки карьеров, производительностью экскаваторов, порядком и условиями формирования рабочих зон для горнотранспортного оборудования.
Все производственные процессы на горных работах являются взаимосвязанными, поэтому показатели эффективности технологической схемы водоотлива необходимо рассматривать с точки зрения единой системы «водоотлив-карьер».
Таким образом, обоснование и выбор рациональной схемы водоотлива, обеспечивающей повышение производственной мощности карьера, ритмичность работы и сокращение срока его отработки, является актуальной научной и практической задачей.
Работа выполнена в рамках поисковой темы «Исследование влияния технологии горных работ на формирование инженерных коммуникаций при разработке глубоких горизонтов карьеров» (2002-2007 гг.) и в соответствии с планами НИР ИГДС СО РАН по проекту 7.7.3.3. «Разработка концепции и основ конструирования эффективных геотехнологий освоения и сохранения недр криолитозоны, в том числе адап-
тированных к кластерной организации рудного вещества» (№ гос. per. 01.2.007.06516, 2007-2009 гг.), проекту VII.60.4.2. «Разработка основ новых геотехнологий эффективного освоения месторождений кластерного строения в условиях криолитозоны» (№ гос. per. 01.2.010.50749, 2010-2011гг.).
Целью работы является повышение эффективности отработки глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров в условиях повышенных водопритоков в выработанное пространство на основе обоснования и выбора рациональной технологической схемы водоотлива.
Основная идея работы заключается в использовании установленных закономерностей совокупного влияния технологических и организационных факторов системы «водоотлив-карьер» на производственную мощность карьера в зависимости от его геометрических параметров и глубины отработки для обоснования и выбора рациональной схемы водоотлива.
Задачи исследований:
выявить и обосновать основные факторы (технологические, организационные, технические и др.), оказывающие существенное влияние на эффективность системы «водоотлив-карьер» при различном порядке обустройства водоотливных сооружений;
исследовать зависимость производительности экскаватора от уровня занятости карьерного пространства под водоотливными установками и частоты их перестановок (монтажа-демонтажа) с глубиной отработки карьера и типом технологической схемы водоотлива;
оценить объемы добычи рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений для различных технологических схем водоотлива;
разработать методику выбора рациональной технологической схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, учитывающую взаимосвязи обустройства КВС с уровнем занятости карьерного пространства под водоотливными сооружениями, простоями водоотлива на монтаж-демонтаж и объемами добытой рудной массы в период между перестановками комплекса водоотливных сооружений, в зависимости от глубины отработки.
Объектом исследований являются глубокие кимберлитовые карьеры, эксплуатируемые в условиях повышенных водопритоков.
Предмет исследования - технологические и организационные факторы, влияющие на выбор рациональной схемы водоотлива глубоких обводненных карьеров.
Методы исследований: анализ и научное обобщение литературных источников и существующего опыта эксплуатации глубоких карьеров, графоаналитический, горно-геометрический и технико-экономический анализ, математическая обработка результатов исследований.
На защиту выносятся:
- Критерии эффективности функционирования системы «водоотлив-карьер»,
определяемые обустройством КВС во взаимосвязи с уровнем занятости карьерного
пространства под водоотливными сооружениями, простоями водоотлива на монтаж-
демонтаж и объемами добытой рудной массы в период между перестановками ком
плекса водоотливных сооружений в зависимости от глубины отработки.
- Методика выбора технологической схемы водоотлива, отличающаяся тем, что
обоснование показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» производится
с учетом их зависимости от глубины горных работ и геометрических параметров
карьеров. Методика позволяет принимать обоснованные решения по обустройству
комплекса водоотливных сооружений для условий эксплуатации глубоких кимберли-
товых карьеров, обеспечивающие снижение себестоимости добычи руды на
0,3 - 1,5% и повышение производственной мощности карьера по руде до 4%.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выявлены и обоснованы основные факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность функционирования системы «водоотлив-карьер»: уровень занятости карьерного пространства под КВС, простои на монтаж-демонтаж водоотливных установок, количество перестановок и объемы добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений;
установлены зависимости изменения показателя занятости карьерного пространства под водоотливными установками, частоты монтажа-демонтажа КВС и объемов добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооружений от глубины ведения горных работ и порядка обустройства применяемой технологической схемы карьерного водоотлива;
установлена взаимосвязь производительности добычных машин с уровнем занятости карьерного пространства и глубиной отработки;
разработана методика выбора рациональной схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких кимберлитовых карьеров, отличительной особенностью которой является комплексный подход, учитывающий закономерности изменения показателей эффективности системы «водоотлив-карьер» с глубиной ведения горных работ и типом применяемой технологической схемы.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается корректной постановкой задач, сходимостью расчетных данных при использовании графоаналитического и горно-геометрического методов анализа с фактическими данными эксплуатации.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования установленных закономерностей и разработанной методики для выбора рациональной схемы водоотлива глубоких обводненных карьеров на стадии их проектирования и эксплуатации, что позволяет повысить производительность карьера по руде и сократить срок его отработки.
Личный вклад автора состоит:
- в постановке цели, задач исследования, сборе, обработке, анализе статистиче
ских данных;
- в установлении закономерностей изменения уровня занятости карьерного
пространства под КВС, частоты монтажа-демонтажа водоотливных установок и объ
емов добытой рудной массы в период между перестановками водоотливных сооруже
ний в зависимости от глубины отработки карьера и порядка обустройства применяе
мой технологической схемы водоотлива;
в технико-экономической оценке эффективности функционирования системы «водоотлив-карьер» с учетом основных факторов, определяющих выбор рациональной технологической схемы водоотлива;
в разработке методики выбора рациональной технологической схемы водоотлива для условий эксплуатации глубоких обводненных кимберлитовых карьеров.
Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2002, 2004, 2007 гг.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криоли-тозоны» (г. Якутск 14-17 июня 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» (г. Мирный, 11-15 апреля 2011 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти чл.-корр. РАН Новопашина М.Д. «Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России» (г. Якутск, 13-15 сентября 2011 г.); научных сессиях и заседаниях ученого совета ИГДС СО РАН.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных статьях, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК России.
Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 108 наименований, приложения, содержит 142 страницы машинописного текста, в том числе 36 рисунков, 30 таблиц.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю к.т.н. Панишеву СВ., а также к.т.н. Ермакову С.А., к.т.н. Буракову A.M., к.т.н. Батугиной Н.С и всему коллективу лаборатории открытых горных работ ИГДС СО РАН за советы и помощь при выполнении работы.
