Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и направления развития геотехнологии отработки труднодоступных месторождений бедных руд в условияхэкологических ограничений 10
1.1 Анализ и обобщение опыта разработки месторождений, расположенных в зонах влияния на особо охраняемые природные территории 10
1.2 Анализ теории и практики создания перспективных горно-транспортных систем для разработки труднодоступных месторождений 16
1.2.1 Грузовые канатно-подвесные дороги 17
1.2.2 Подвесные конвейерные системы 19
1.2.3 Канатно-ленточные и ленточные конвейера 22
1.2.4 Трубопроводный транспорт 24
1.2.5 Монорельсовые подвесные дороги 27
1.2.6 Струнный транспорт Юницкого 28
1.2.7 Сравнительная оценка перспективных горнотранспортных систем 29
1.3 Теория и практика использования ресурсосберегающих подземных геотехнологий при
разработке месторождений бедных руд 30
1.3.1 Опыт применения систем разработки с открытым очистным пространством. 31
1.3.2 Опыт применения процессов предконцентрации и утилизации при подземной добыче руды 35
1.3.3 Анализ теории и практики применения перспективных видов рудничного транспорта горной массы 39
Выводы по главе 1 46
2. Описание объекта исследований и разработка методики выбора технологических решений для оптимизации параметров геотехнологии в условиях экологических ограничений . 47
2.1 Общие сведения о месторождении апатит-нефелиновых руд «Партомчорр» 47
2.1.1 Географо-экономическое положение, геология, гидрогеология 47
2.1.2 Характеристика полезного ископаемого 48
2.1.3 Горнотехнические условия отработки месторождения подземным способом 49
2.2 Современное состояние вопроса разработки месторождения «Партомчорр» 50
2.2.1 Подземные горные работы 50
2.2.2 Обогатительная фабрика и хвостовое хозяйство 51
2.2.3 Внешний транспорт 52
2.2.4 Анализ проектных решений в связи с изменением природоохранного статуса земель в районе горных работ 52
2.3 Разработка методического подхода к выбору оптимальных технологических решений по разработке месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений 54
2.3.1 Схема расчета размеров экологического ущерба и платежей за негативное воздействие на окружающую среду 56
2.3.2 Алгоритм обоснования параметров горнотранспортной системы «рудник – ОФ» в условиях сложного гористо-равнинного рельефа 61
2.3.3 Алгоритм обоснования параметров подземной геотехнологии с предконцентрацией руды и утилизацией породы в выработанном пространстве 64
2.3.4 Выбор оптимального варианта геотехнологии 70
Выводы по главе 2 73
3. Обоснование параметров внешнего транспорта руды от рудника до обогатительной фабрики 75
3.1 Укрупненная оценка эффективности применения перспективных видов транспорта 75
3.1.1 Разработка и трассирование вариантов внешнего транспорта 75
3.1.2. Эколого-экономическое сравнение транспортных систем 77
3.2 Исследование параметров внешнего транспорта при эксплуатации традиционных и перспективных способов транспортирования 82
3.2.1 Моделирование маршрутов традиционных и специальных видов транспорта 82
3.2.2 Эксплуатационный расчет традиционных и специальных видов транспорта 85
3.2.3 Эколого-экономический расчет традиционных и специальных видов транспорта 87
Выводы по главе 3 93
4. Обоснование параметров подземной геотехнологии с предконцентрацией руды и утилизацией породы в подземных условиях 94
4.1 Системы разработки, рекомендуемые для использования на участках месторождения с различными горно-геологическими условиями 94
4.2 Оценка целесообразности применения предконцентрации руд месторождения «Партомчорр» 99
4.3 Обоснование параметров систем разработки и рудо-породных грузопотоков с использованием компьютерного моделирования 100
4.4 Разработка технологических схем подземной предконцентрации руды и утилизации породы в выработанном пространстве рудника 102
4.5 Разработка вариантов вскрытия и подготовки с применением традиционных и перспективных видов транспорта 105
4.6 Оптимизация параметров геотехнологии и выбор наиболее рационального варианта ее реализации 107
4.6.1 Создание 3D компьютерных моделей технологических схем 107
4.6.2 Эксплуатационный расчет параметров транспортного оборудования 108
4.6.3 Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от передвижных источников для вариантов вскрытия и подготовки 112
4.6.4 Технико-экономическое сравнение вариантов технологических схем 113
4.6.5 Определение оптимальной ступени вскрытия при применении ПГПУ. 115
4.7 Выбор рационального варианта геотехнологи отработки труднодоступных месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений 118
4.7.1 Сводный расчет экологических платежей по вариантам геотехнологии 119
4.7.2 Технико-экономическое сравнение вариантов реализации геотехнологии 123
4.8 Оценка эффективности освоения месторождения «Партомчорр» в зависимости от полноты извлечения полезных компонентов 125
4.8.1 Технико-экономическое сравнение вариантов реализации геотехнологии освоения месторождения с учетом полноты извлечения полезных компонентов 125
4.8.2 Анализ чувствительности проекта освоения месторождения к неопределенностям и рискам 130
Выводы по главе 4 134
Заключение 136
Список литературы 138
- Анализ теории и практики создания перспективных горно-транспортных систем для разработки труднодоступных месторождений
- Географо-экономическое положение, геология, гидрогеология
- Разработка и трассирование вариантов внешнего транспорта
- Разработка вариантов вскрытия и подготовки с применением традиционных и перспективных видов транспорта
Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Для современного горнопромышленного комплекса России и всего мира в целом характерно сокращение доли наиболее богатых и легкодоступных для освоения месторождений полезных ископаемых. Восполнение минерально-сырьевой базы уже сейчас требует вовлечения в отработку бедных и труднодоступных месторождений, а также месторождений, расположенных на территориях с экологическими ограничениями. В особенности это актуально для уязвимой природы Арктической зоны, в недрах которой сосредоточена треть запасов полезных ископаемых планеты.
При традиционных подходах к отработке подобных месторождений, основанных на методах аналогов с месторождениями, схожими по горногеологическим условиям, их освоение зачастую становится низкоэффективным или нерентабельным.
Разработке научных основ комплексного решения задач освоения
месторождений твердых полезных ископаемых посвящены труды ведущих
ученых: Мельникова Н.В., Агошкова М.И., Каплунова Д.Р., Мельникова Н.Н.,
Ржевского В.В., Трубецкого К.Н., Анистратова Ю.И., Рыльниковой М.В.,
Калмыкова В.Н. и др.
Эффективность разработки месторождений, для которых в силу экологических ограничений проблематично размещение обогатительной фабрики (ОФ) вблизи рудника, в значительной мере зависит от правильного выбора горнотранспортной системы. Развитием подходов к проектированию транспорта горнодобывающих предприятий, совершенствованием технико-экономических показателей его эксплуатации, занимались такие ученые как: Яковлев В.Л., Иванченко Ф.К., Спиваковский А.О., Пертен Ю.А., Дьячков В.А., Гребенюк П.Т., Галкин В.И., Шешко Е.Е., Тарасов Ю.Д., Решетняк С.П., Зырянов И.В. и др.
Тем не менее, проблеме оптимизации параметров работы внешних горнотранспортных систем в условиях сложного гористо-равнинного рельефа, а в особенности там, где транспортные коммуникации проходят через особо охраняемые природные территории (ООПТ), не уделено достаточного внимания.
Совершенствование подземной геотехнологии и улучшение эколого-
экономических показателей при разработке месторождений с низким
содержанием полезного компонента может быть достигнуто введением в
технологическую цепочку добычи процессов подземной предконцентрации
отбитой руды и утилизации некондиционной ее части в выработанном
пространстве. Развитием теоретических и практических основ различных
способов предконцентрации посвящены работы: Борисенко С.Г., Жигалова М.Л.,
Кармазина В.П., Ломоносова Г.Г., Хакулова В.А., Посика Л.Н., Архипова O.A.,
Крапивского Е.П., Мокроусова В.А., Ревнивцева В.И., Новикова В.В.,
Терещенко С.В., Марчевской В.В. и др.
Однако на сегодняшний день не разработано рациональных
технологических схем подземного предварительного обогащения на рудных месторождениях совместно с последующей утилизацией пустой породы в
выработанном пространстве, встроенных в технологическую цепочку добычи руды, не оценена экономическая эффективность применения данных технологий, слабо используются современные средства компьютерного моделирования.
С учётом этого разработка комплексного методического подхода для выбора и обоснования рациональных технологических решений по отработке месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений является важной научно-технической задачей, решению которой и посвящена диссертационная работа.
Цель работы заключается в разработке методического подхода для выбора и обоснования рациональных технологических решений, обеспечивающих повышение экономической эффективности разработки месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений.
Идея работы заключается в комплексировании методов компьютерного моделирования и технико-экономической оценки для выбора рационального варианта реализации геотехнологии с учётом влияния технологических процессов на окружающую природную среду.
Задачи исследований:
Обзор и анализ технических решений, обеспечивающих повышение
экономической эффективности освоения труднодоступных месторождений
бедных руд, а также месторождений, разрабатываемых в условиях
экологических ограничений.
Разработка методического подхода для выбора оптимальных технологических решений по разработке труднодоступных месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений.
Разработка алгоритма обоснования параметров горнотранспортной системы «рудник - ОФ» с учетом негативного воздействия на окружающую природную среду.
Разработка алгоритма обоснования параметров подземной геотехнологии с предконцентрацией руды и утилизацией породы в выработанном пространстве с оптимизацией решений по выбору внутрирудничных транспортных схем и оборудования.
Оценка эффективности предложенных решений на примере апатит-нефелинового месторождения «Партомчорр».
Методы исследований: научное обобщение и анализ результатов ранее выполненных исследований, эколого-экономическая оценка, пространственное и экономико-математическое моделирование, технико-экономический анализ, инвестиционный анализ, статистическая и аналитическая обработка полученных результатов.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Методический подход, основанный на интеграции средств компьютерного моделирования объектов горной технологии, экологической и технико-экономической оценки технологических решений, обеспечивает выбор экологически сбалансированных вариантов реализации геотехнологии.
-
Переход, по мере увеличения грузопотока, с универсальных на специальные виды транспорта, в условиях гористо-равнинного рельефа,
обеспечивает высокую эффективность горнотранспортной системы «рудник – ОФ» и снижение негативного воздействия на окружающую природную среду. При этом для меньших значений грузопотока (до 2,4 млн.т/год - для условий месторождения «Партомчорр») наиболее эффективно применение автотранспорта, а больших – канатно-ленточных конвейеров. 3. Повышение эффективности подземной разработки месторождений бедных апатитсодержащих руд достигается применением ресурсосберегающей геотехнологии, включающей вскрытие месторождения с применением транспортных комплексов из конвейеров и конвейерных поездов, системы разработки с открытым очистным пространством, предконцентрацию отбитой руды и утилизацию породы в выработанном пространстве при выделении промежуточного этапа вскрытия. Научная новизна.
-
Предложен методический подход для выбора оптимальных технологических решений по разработке труднодоступных месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений, позволяющий за счет интеграции средств компьютерного моделирования, экологической и технико-экономической оценки повысить эффективность их отработки.
-
Разработан алгоритм обоснования параметров горнотранспортной системы «рудник – ОФ», позволяющий на основе объемного компьютерного моделирования и эколого-экономической оценки в условиях сложного гористо-равнинного рельефа Арктической зоны производить выбор оптимального вида транспорта с учетом воздействия на окружающую среду. Установлены зависимости стоимости транспортирования традиционными и перспективными видами транспорта от объема грузопотока.
-
Разработан алгоритм обоснования параметров подземной геотехнологии, позволяющий оптимизировать технологические решения (в особенности выбор систем разработки, глубины вскрытия, схем вскрытия и подготовки, предконцентрации, утилизации) на основе формирования повариантных экономико-математических моделей объектов и процессов с учетом их воздействия на природную среду.
-
Установлены аналитические зависимости стоимости рудничного подъема и транспортирования руды от величины годовой производственной мощности. Обоснованы области рационального применения способов вскрытия и подготовки с применением перспективных видов транспорта.
-
Обоснована эффективность применения процессов предконцентрации и утилизации в подземных условиях, обусловленная снижением платежей за негативное воздействие на природную среду, а также затрат на транспортирование и переработку руды. Определена оптимальная глубина вскрытия при применении процессов предконцентрации и утилизации, позволяющая для условий месторождения «Партомчорр» сократить затраты по подземной разработке на 12,8%.
Достоверность научных положений, выводов и результатов
подтверждается:
представительностью и надежностью исходных данных;
применением научно-обоснованных подходов и методов оценки эколого-экономической эффективности предлагаемых технологических решений;
использованием результатов исследования при разработке проектной документации на отработку ряда месторождений Мурманской области.
Практическая значимость работы:
обоснована система внешнего транспорта руды от рудника до ОФ при освоении месторождения «Партомчорр», позволяющая снизить размеры платежей за загрязнение природной среды и обеспечить минимальную себестоимость транспортирования на всех этапах роста производительности рудника;
предложены схемы вскрытия и подготовки с применением перспективных способов внутрирудничного подъема и транспортирования, дающие возможность сократить затраты на подземную разработку;
обоснована подземная геотехнологии, позволяющая повысить эффективность отработки месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений;
на примере месторождения «Партомчорр» доказана эффективность предложенного варианта реализации геотехнологии;
материалы диссертации используются в образовательном процессе при проведении занятий по дисциплинам: «Технология горного производства», «Процессы подземных горных работ», «Вскрытие и подготовка рудных месторождений» в ФГБОУ ВО «Мурманский арктический государственный университет». Личный вклад автора состоит в:
-
Разработке методического подхода к выбору оптимальных технологических решений по разработке труднодоступных месторождений бедных руд в условиях экологических ограничений.
-
Разработке алгоритмов обоснования параметров горнотранспортной системы «рудник - ОФ» в условиях сложного гористо-равнинного рельефа; подземной геотехнологии с предконцентрацией и утилизацией с оптимизацией внутрирудничного транспорта.
-
Установлении аналитических зависимостей стоимостных показателей системы внешнего горного транспорта, рудничного подъема и транспортирования руды от объема грузопотока.
Апробация результатов диссертационной работы.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и российских научных конференциях и симпозиумах:
XIV-XVIII межрегиональных научно-практических конференциях КФ
Петр ГУ (г. Апатиты, 2011-2015); VI научно-практической конференции
«Информационные технологии поддержки сбалансированного
природопользования» (г. Апатиты, 2011); VIII, XX Всероссийских молодежных научно-практических конференциях (с участием иностранных ученых) «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, 2012 и 2016); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Глубокие
карьеры» (г. Апатиты, 2012); 9-й международной научной школе молодых
ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых»
(г. Москва, 2012); Международной конференции «Комбинированная
геотехнология: масштабы добычи и качество сырья при комплексном освоении месторождений» (г. Магнитогорск, 2013); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Мониторинг природных и техногенных процессов при ведении горных работ» (г. Апатиты, 2013); Всероссийской научно-технической конференции с участием иностранных специалистов «Экологическая стратегия развития горнодобывающей отрасли – формирование нового мировоззрения в освоении природных ресурсов» (г. Апатиты, 2014); ХХII международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2014» (г. Москва, 2014); XV, XVI International Multidisciplinary Scientific GeoConferences «Science and Technologies in Geology, Exploration and Mining» (Albena, 2015-2016).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 24 научные работы, в том числе 1 – в разделе монографии, 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Содержание работы изложено на 148 страницах машинописного текста и содержит 77 рисунков, 35 таблиц, список используемой литературы из 155 наименований, 8 приложений.
Автор выражает благодарность научному руководителю работы доктору технических наук С.В. Лукичёву за помощь в постановке проблемы и руководство исследованиями, академику Н.Н. Мельникову за ценные рекомендации при работе над диссертацией и обсуждение результатов исследований, кандидату технических наук А.А. Леонтьеву, ведущему технологу О.В. Белогородцеву, кандидату технических наук А.Л. Билину, доктору технических наук С.В. Терещенко за помощь в выполнении работ. Автор признателен всем сотрудникам лаборатории «Комплексного освоения и сохранения недр» и Горного института за внимание к работе и плодотворное сотрудничество.
Анализ теории и практики создания перспективных горно-транспортных систем для разработки труднодоступных месторождений
Эффективность разработки месторождений, для которых в силу экологических ограничений проблематично размещение ОФ вблизи рудника, в значительной мере зависит от правильного выбора горнотранспортной системы, поскольку на транспортирование, в этом случае, может приходиться до 50% и выше от всех затрат по добыче [17].
По функциональным признакам транспорт разделяется на магистральный и промышленный. Магистральный транспорт перемещает продукцию из мест ее производства к местам потребления. Промышленный транспорт в отличие от магистрального функционирует, как составная часть промышленных предприятий.
В настоящее время универсальными видами промышленного транспорта на горных предприятиях являются железнодорожный (ЖД) и автомобильный транспорт. Однако их применение значительно усложняется при необходимости строительства трассы в условиях гористого рельефа местности, суровых климатических условиях, а также на ООПТ.
Наряду с универсальными существуют специальные виды трансорта, отличительными особенностями которых являются: стационарный характер и узкая специализация по типу груза, как правило одностороннее направление потока и т.д. Вместе с тем, специальные виды транспорта, как и всякое специализированное производство, обладают многими преимуществами по сравнению с универсальными и в определенных, условиях являются экономически более целесообразными. Последние годы характеризуются интенсивным развитием и созданием новых специальных видов транспорта. Практика подтверждает, что зачастую применение их для перемещения массовых сыпучих грузов на расстояния до 200 км является более эффективным по сравнению с универсальными видами. Однако, доля специальных видов транспорта в общем объеме грузоперевозок пока еще незначительна. Одной из основных причин этого является недостаточная изученность их эффективности и отсутствие в связи с этим научно обоснованных рекомендаций по области их рационального применения.
В связи с чем, в настоящей работе выполнен обзор и анализ современного состояния в области применения специальных горнотранспортных систем.
Одним из видов транспорта для перевозки сыпучих полезных ископаемых являются грузовые канатно-подвесные дороги (ГКПД). Наибольшее распространение ГКПД получили в горных, пересеченных, труднодоступных местностях, где они обеспечивают перевозки по кратчайшему расстоянию и с наименьшими затратами. Как показывает практика, использование ГКПД в сложных рельефных условиях удешевляет перевозки по сравнению с некоторыми другими видами транспорта до 10 и более раз [17, 18]. При этом ГКПД обеспечивают транспортирование любых грузов с использованием минимального количества опорных систем при преодолении водных преград, линий электропередач, Рисунок 1.6 – Транспортирование руды ГКПД сельскохозяйственных угодий, всевозможных над урбанизированной территорией – комбинат массовых застроек и других препятствий «Магнезит», г. Сатка. (рисунок 1.6). Трассы ГКПД могут быть расположены на высоте до 6 тыс. м над уровнем моря. На сегодняшний день, самая длинная ГКПД в мире (96 км) была построена в середине 20-го столетия в Швеции для транспортирования медно-цинковой руды по маршруту «Кристенберг – Булиден». Дорога прекратила свое существование в начале 90-х г. и на 70% была демонтирована, оставшаяся часть сегодня используется в туристических целях. Основными элементами канатно-подвесных дорог являются привод, подвижной состав (вагонетки) и линейные опоры [19]. ГКПД подразделяются на двухканатные (один канат является несущим, а другой - тяговым) и одноканатные (в которых один и тот же канат является несущим и тяговым), они могут быть как с кольцевым движением вагонеток (одна за другой), так и с маятниковым движением одной или двух вагонеток. При больших объемах перевозок предусматривается сооружение параллельных ГКПД, а также интенсификация процесса загрузки вагонеток и других станционных операций с целью уменьшения временного интервала между вагонетками. При малых объемах перевозок проектируются ГКПД маятникового типа, а также одноканатные дороги [4]. Некоторые примеры использования ГКПД в России и за рубежом приведены в таблице 1 Приложения 1. На территории РФ проектированием и строительством ГКПД занимаются компании: ГП «ЗУМК», ПКИ «Проммеханизация», ООО «Союзпроммеханизация», ЗАО «Серп и Молот». Так, в настоящее время ГП «ЗУМК» заканчивает строительство ГКПД для Дехканабадского завода калийных удобрений (Узбекистан), начатое в 2013 г. Аг дороги составит 2,1 млн. т /год, длина около 33 км. Система состоит из 139 опор высотой от 7 до 46 м, 161 фундамента, 19 линейных станций.
Проектирование выполняется с использованием 3D компьютерного моделирования всех конструктивных узлов трассы (рисунок 1.7) [20-22]. За рубежом производством канатных дорог занимаются компании: «Doppelmayr» (Австрия),
ГКПД для перевозки штучных грузов до 40 т «Linthal» (Швейцария). Погрузка руды в вагонетки может осуществляться посредством конвейера или специального погрузочного устройства, двигающегося по кругу и обеспечивающего непрерывную погрузку руды (рисунок 1.9А). Разгрузка руды может осуществляться либо посредством донной разгрузки (рисунок 1.9Б) либо путем опрокидывания вагонеток (рисунок 1.9В) [23-26].
Географо-экономическое положение, геология, гидрогеология
В настоящее время разработка месторождения сдерживается по причине отсутствия рациональных организационно-технических решений по его освоению, удовлетворяющих интересам недропользователя и требованиям Министерства природных ресурсов и экологии РФ.
В 2005-2006 гг. институтом «Гипроруда» выполнена работа: «Технико-экономическая оценка (ТЭО) добычи и обогащения запасов месторождений «Олений Ручей» и «Партомчорр» [109]. В данной работе определены технические решения по отработке запасов месторождения «Партомчорр» в условиях строительства ГОКа, включающего в себя:
Согласно ТЭО, при выборе способа разработки, предпочтение отдается подземному способу, который является на 30% эффективнее комбинированного открыто-подземного. Подземными горными работами предполагается добыть 705,9 млн. тонн руды. Концентрационные горизонты располагаются на отметках - 90м, - 340м и - 600м. Первый этап отработки предполагает вскрытие запасов до гор. -90м. Каждый горизонт имеет свой комплекс дробления.
На очистных работах применяется система разработки с подэтажным обрушением и торцевым выпуском руды (ПОТ). Рудное тело разбивается на подэтажи высотой 20 м, на которых проходятся полевые транспортные штреки, а из них буродоставочные орты на расстоянии 15-20 м друг от друга, на которых производится бурение и выпуск руды. Потери и разубоживание руды по системе разработки при этом составляют 20,3% и 17,8% соответственно. Среднее содержание Р205 с учетом показателей потерь и разубоживание составит 6,5%. Удельный расход горно-проходческих работ (ГПР) будет равен 32,5 м3/1000т (17,26 м3/1000 т - по руде). Отбойка предполагается скважинами диаметром 75 мм, при выходе негабарита 6%, с удельным расходом взрывчатых веществ (ВВ) 0,41 кг/т. Добытая руда, погрузочно-доставочными машинами, доставляется к рудоспускам и по ним перепускается на концентрационный горизонт. Далее через люковые устройства руда грузится в электровозный транспорт узкой колеи и транспортируется до камер разгрузки у Главного ствола № 1 (ГС-1), где руда разгружается в приемный бункер комплекса крупного дробления руды. Дробленая руда загружается в скипы емкостью 25 м3 и выдается по ГС-1 на поверхность, где перегружается на конвейерную линию и транспортируется на ОФ. Производственная мощность рудника определена в 7 млн. тонн руды в год. Схема вскрытия представлена на рис. 2.1.
В 7,0 км на север от промплощадки предусмотрено сооружение хвостохранилища с трассой пульповодов, сетями оборотного водоснабжения и электроснабжения площадью около 4,2 млн.м2. Строительство и обслуживание этих сетей предусматривается с основной подъездной дороги до пруда-накопителя, и далее с проектируемой инспекторской автодороги протяженностью 3,0 км.
К югу от промплощадки предполагается строительство породного отвала от проходки выработок. Партомчоррское месторождение находится в 30 километрах к северу от г. Кировска Мурманской области в необжитом труднопроходимом районе, среди гор Хибинского массива. Рудный концентрат планируется транспортировать по проектируемому подъездному ЖД до ст. Имандра на расстояние 23,4 км. Максимальный уклон путей составляет 10.
Подъездная автомобильная дорога строится от существующей автодороги в районе ст. Верхняя до площадки ГОКа. Трасса проходит вдоль ЖД магистрали Санкт-Петербург-Мурманск. Протяженность автодороги составит 58,0 км.
Продолжительность строительства ГОКа и вывода на полную мощность (по сырой руде 7 млн. тонн), согласно календарному плану, составляет около 15 лет [109].
В период с 2005 по 2011 г. утвержден ряд нормативных документов, регламентирующих изменение природоохранного статуса земель, расположенных вблизи месторождения «Партомчорр». Так в 2005 г. (в период разработки ТЭО) Правительством Мурманской области (МО) утверждено «Положение о государственном биологическом заказнике регионального значения «Симбозерский», общей площадью 39,6 тыс. га, расположенном севернее Партомчоррской рудной залежи [110]. Кроме того, концепцией развития системы ООПТ федерального значения на период до 2020 г., утвержденной распоряжением Правительства РФ в 2011 г. №2322-р, предусмотрено строительство Национального парка (НП) «Хибины» [111]. Территория парка зарезервирована в соответствии со схемой территориального планирования МО, а также Лесным планом и составляет 122,8 тыс. га (два кластера: 89,3 и 33,5 га) [112]. При составлении проектной документации на разработку месторождения и обосновании местоположения объектов ГОКа не были учтены предполагаемые границы и природоохранный статус земель заказника «Симбозерский», также соответственно не учитывались и границы проектируемого НП, поскольку закон о его создании был принят несколькими годами позже. Таким образом, в связи с созданием комплекса ООПТ, строительство ГОКа, при принятых в ТЭО решениях, может оказать серьезное негативное воздействие на природные объекты заповедных территорий и повлечет нарушения природоохранного законодательства, такие как:
Схема расположения объектов ГОКа «Партомчорр» относительно границ существующих и проектируемых ООПТ - расположение хвостохранилища и водосброса в границах заказника «Симбозерский» (тогда как размеры санитарно-защитной зоны (СЗЗ) для хвостохранилищ, установленные в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные ... » [113], должны составлять не менее 1000 м от границ ООПТ); - расположение корпусов ОФ на расстоянии 400-500 м от границ проектируемого НП (при минимальной СЗЗ равной 1000 м); - строительство железной и автомобильной дорог, а также транспорт концентратов с использованием тепловозной тяги непосредственно по территории заказника «Симбозерский», сопровождающийся выделением большого количества вредных продуктов сгорания и т.д. (рис. 2.2).
Разработка и трассирование вариантов внешнего транспорта
Методический подход, изложенный в 1-ом научном положении, использован для выбора оптимальной горнотранспортной системы (Партомчоррский рудник – ОФ ГОКа «Олений ручей») и исследования её параметров.
При изыскании наилучшего варианта расположения транспортных коммуникаций следует ориентироваться на экономически наиболее выгодный, кроме того необходимо учитывать возможный экологический ущерб и стремиться его минимизировать. Строительство трасс осложняется тем, что земельный отвод будущего рудника граничит с государственным природным биологическим заказником регионального значения «Симбозерский» площадью 39568 га, а также проектируемым НП «Хибины» (см. п. 2.2.4 работы)
Для транспортирования руды от рудника до ОФ в условиях гористо-равнинной местности, исследовано 10 возможных вариантов перспективных транспортных систем. Рассматриваемые системы, можно классифицировать, в зависимости от местоположения транспортных коммуникаций и применяемых видов транспорта: подземный (традиционные и специальные виды транспорта), наземный, надземный (специальные виды транспорта) (табл. 3.1).
Классификация перспективных вариантов внешних горнотранспортных систем по местоположению транспортных коммуникаций Используемые коммуникации Вариант Вид транспорта Подземные №1 Узкоколейная ЖД с рудничными подвижными составами №2 Стандартная ЖД с магистральными подвижными составами №3 Ленточный конвейер (ЛК) Надземные №4 Грузовая канатно-подвесная дорога (ГКПД) №5 Подвесной ЛК на роликоопорах №6 Подвесной ЛК на ходовых опорах «RopeCon» №9 Монорельсовая ЖД на опорах №10 Струнный транспорт Юницкого (СТЮ) Наземные №7 Канатно-ленточный конвейер (КЛК) №8 Трубопроводный гидротранспорт Выбор оптимальных схем транспортирования осуществляется посредством трассирования. Трассирование представляет собой поиск рационального положения плана и продольного профиля трассы. Оно осуществляется путем проектирования плана линии по картам в горизонталях с одновременным составлением продольного профиля трассы. Основные принципы трассирования: 1. На участках вольных ходов, где топографические условия легкие и средний естественный уклон местности по направлению трассирования меньше руководящего, трасса проектируется по прямой между опорными пунктами и фиксированными точками. 2. На участках напряженных ходов, где уклон местности по направлению трассирования больше руководящего, является наиболее полное использование заданного значения руководящего уклона. В этом случае длина линии на участке преодоления значительного подъема или спуска будет кратчайшей [121, 122]. Под руководящим уклоном понимается: максимальный уклон на проектируемой линии, при движении по которому транспортное средство расчетной массы может двигаться на подъем сколь угодно долго с расчетной скоростью. Исходя из вышеизложенных принципов, предложены следующие варианты расположения трасс (рис. 3.1):
Умбозерский вдоль подножья г. Рисчорр, через долины рек Каскасньюньйок и Тульйок, а далее непосредственно через горы Ньоркпахк и частично Суолуайв до промплощадки ГОКа. Такое расположение ЖД позволит существенно сократить дальность транспортирования при поверхностном расположении коммуникаций (длина маршрутов для вариантов №46, 9, 10 составит от 32 до 33 км). Трасса ориентирована на виды транспорта способные к значительному количеству поворотов в вертикальной плоскости.
Трассу №3 предполагается проложить через перевал Умбозерский вдоль подножья г. Рисчорр, через долины рек Каскасньюньйок и Тульйок, далее вдоль подножья гор Коашкар и Суолайв к ГОКу «Олений ручей». Данный маршрут отличается от трассы №2 ориентацией на виды транспорта позволяющие прокладывать криволинейные в горизонтальной и в меньшей мере вертикальных плоскостях маршруты (варианты №7, 8). Дальность транспортирования может варьироваться в пределах 3644 км.
Трассы № 4,5 являются наименее привлекательными, поскольку в этих вариантах существенно возрастает расстояние транспортирования. Так, трасса №4 проходит в обход горных хребтов, с С-В стороны, относительно Партомчорра в районе р. Тульйок. Общее расстояние транспортирования составляет около 59,8 км (в 2 раза больше чем для варианта №1). Трасса №5 следует от месторождения Партомчорр до пересечения с р. Куньок, далее проходит у подножья гор с С-З стороны относительно Партомчорра, до пересечения со ст. Нефелиновые пески Октябрьской ЖД. После чего руда будет транспортироваться по Октябрьской ЖД до станции Титан и далее по участку ЖД ЗАО «СЗФК», который компания планирует строить для перевозки апатитового окнцентрата. Суммарная длина трассы составит порядка 105,6 км (в 3,5 раза больше чем для варианта №1). Достоинством трассы является уменьшение продольных уклонов относительно трасс №2, 3.
С учетом рассмотренных особенностей вариантов трасс, к дальнейшему сравнению приняты трассы №13.
Экологические ограничения, накладываемые на отработку месторождения «Партомчорр», обуславливают при расчете технико-экономических показателей, необходимость учета негативного воздействия на ОС, оказываемого при строительстве и эксплуатации транспортных схем. Согласно предложенного ранее алгоритма, эколого-экономическое сравнение предполагает определение размеров загрязнения ОС и платежей за причиненный ущерб, а далее технико-экономическую оценку вариантов с учетом этих платежей.
Территория в районе месторождения «Партомчорр» располагается в основном на землях лесного фонда. Леса относятся к защитным лесам - ценные леса: леса, расположенные в лесотундровых зонах (притундровые леса), нерестоохранные полосы лесов. Рядом с районом месторождения «Партомчорр» расположены: - арендованный лесной участок для выпаса оленей - к северо-западу от района исследований 250 метров; - арендованный лесной участок для рекреационного использования - к юго-западу от района 860 метров, возле дороги, ведущей к месторождению; - Симбозерский государственный заказник - 2200 метров к северу от района исследований.
В 50-километровой зоне влияния от района предполагаемой разработки месторождения расположены следующие ООПТ: – Лапландский государственный заповедник; – Симбозерский региональны заказник; – Колвицкий региональный заказник; – региональный заказник «Сейдъяврь»; – 8 региональных памятников природы; – 1 муниципальный памятник природы [126]. Кроме того, непосредственно примыкает к району разработки месторождения проектируемый НП «Хибины». Значительное влияние разработка месторождения может оказать на Симбозерский заказник и НП «Хибины». Поскольку, промплощадка подземного рудника не пересекается с предполагаемыми границами НП, основной ущерб ООПТ будет причинен системой внешнего транспорта руды до ОФ ГОКа «Олений ручей», проходящей непосредственно по территории будущего НП. Соответственно, планирование хозяйственного освоения территории необходимо осуществлять, исходя из необходимости сохранения ее рекреационной привлекательности и исключения негативного влияния на осуществление природного туризма в районе [124].
Расчет платы за загрязнение водного бассейна при отработке месторождения «Партомчорр», включающий плату за сброс сточных вод из очистных сооружений, в данной работе не рассмотрен, поскольку основное воздействие на водный бассейн оказывает ОФ, которая находится за пределами природоохранных территорий. Расчеты платежей за водопользование для ОФ, которую предполагается расположить на территории ГОКа «Олений ручей», приведены в главе 4 настоящей работы.
Разработка вариантов вскрытия и подготовки с применением традиционных и перспективных видов транспорта
В соответствии с горно-геологическими особенностями залегания рудных тел, на месторождении «Партомчорр» возможно применение следующих классов систем разработки: - с открытым очистным пространством (рисунки 4.1 - 4.6); - с обрушением руды и вмещающих пород. Поскольку последний класс систем предусматривает обрушение дневной поверхности (что недопустимо при отработке месторождений расположенных на ООПТ), а также исключает возможность утилизации некондиционной горной массы в подземных условиях, то для формирования модели ресурсосберегающей технологии применимы только системы разработки с ООП. Достоинства и недостатки систем разработки с ООП, относительно систем с обрушением, приведены ниже.
Преимущества: - гарантированная защита подземного рудника от поверхностных вод в зоне подработки; - возможность отработки запасов в охраняемых зонах; - обеспечение выпуска отбитой руды из камер с минимальными потерями и разубоживанием: - недопущение смерзания отбитой руды в приповерхностной зоне; - более комфортные условия для проветривания и теплоснабжения рудника; - возможность утилизации породы от проходки выработок и отходов предконцентрации в отработанных камерах. Недостатки: - необходимость оставления рудо-породной потолочины; - необходимость оставления междукамерных целиков; - необходимость разделки отрезных щелей в каждой камере с использованием на мощных участках месторождения системы разработки с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском руды. Поскольку условия залегания рудных тел месторождения «Партомчорр» до отм. -90м (1-ая ступень вскрытия) характеризуются изменчивостью мощности и угла падения, для различных участков залежи рекомендованы соответствующие варианты системы с ООП.
Система разработки с ООП с подэтажной отбойкой и выпуском руды на траншею, расположенную по простиранию рудного тела
Данный вариант системы разработки предназначен для отработки участков рудных залежей нормальной мощностью 10-60 м с углом их падения более 25.
Затем, из ортов проходятся траншейные и буровые штреки. Из траншейного штрека на одном из флангов выемочной панели проходится отрезной восстающий, или бурится скважина большого диаметра до верхнего контакта рудного тела, на которые разделывается отрезная щель. После этого осуществляется посекционная отбойка взрывных скважин из траншейного штрека с длиной секции по простиранию 15-20 м, и организуется выпуск руды из траншеи через погрузочные заезды. Угол наклона борта траншеи составляет не менее 45. Выпускаемая руда погрузочно-доставочными машинами доставляется в рудоспуски и перепускается на концентрационный откаточный горизонт.
Расстояние между транспортными и траншейными штреками равно 18 м. При проходке погрузочных заездов только из транспортного или бурового штреков расстояние между ними составляет 15-18 м. При шахматном порядке расположения заездов и проходке их через 24-30 м из транспортного и бурового штреков расстояние между пунктами погрузки составит 12-15 м, что снижает потери отбитой руды на днище. Кроме того, часть погрузочных заездов проходится по руде. Частично, погрузка руды может осуществляться и из траншейного штрека.
Отработка выемочных панелей в блоке осуществляется в нисходящем порядке с отставанием работ на нижележащем подэтаже не менее чем на высоту подэтажа. На участках месторождения с углом падения менее 45 выпуск отбитой руды осуществляется на всех подэтажах с учётом оставления рудной подушки. На крутых участках месторождения выпуск отбитой руды может осуществляться только на нижнем подэтаже. Отработанные пустоты могут заполняться породой от проходки выработок. Производительность одной выемочной панели при использовании в ней одной ПДМ составляет 420-450 тыс. т в год.
В зависимости от морфологии рудной залежи используются модификация варианта системы разработки: - с невыдержанным по простиранию верхним контактом рудного тела (рисунок 4.3). Мощность рудного тела от 10 до 35 м, угол падения более 250. Сущность ее заключается в том, что в первую очередь на одном из флангов или в центре выемочной панели проходится отрезной восстающий, или бурится Рисунок 4.3 - Система разработки с ООП с подэтажной отбойкой и выпуском руды на траншейное днище (с невыдержанным по простиранию верхним контактом рудного тела) скважина большого диаметра до верхнего контакта рудного тела, на которые разделывается отрезная щель. После этого на длину около 20 м проходится отрезной штрек, из которого разделывается траншея на высоту 20 м.
Далее из буровых выработок производится разбуривание и взрывание массива вкрест простирания рудного тела, при этом часть отбитой руды попадает в траншею данного подэтажа, другая часть забирается одновременно с проведением траншеи на нижележащем подэтаже.