Научное обоснование эффективных ресурсосберегающих технологий открытой разработки рудных месторождений в сложных геокриологических условиях Забайкалья
Автор Авдеев Павел Борисович, 16.11.2010
| Страницы: 1 2 3 4 5 |
АВДЕЕВ Павел Борисович
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКРЫТОЙ
РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В СЛОЖНЫХ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
ЗАБАЙКАЛЬЯ Специальность 25.00.22 Геотехнология подземная, открытая
и строительная
диссертации на соискание ученой
степени доктора технических наук
Москва 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Читинский государственный унверситет».
Научные консультанты: Заслуженный работник высшей школы РФ, д.т.н., профессор Рашкин Анатолий Васильевич , Заслуженный работник высшей школы РФ, д.т.н., профессор Бунин Жан Викторович. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Анистратов Юрий Иванович доктор технических наук, профессор Комаров Евгений Иванович доктор технических наук, профессор Резниченко Сем?н Саулович Ведущая организация – ОАО «Приаргунское производственное горнхимическое объединение» Защита диссертации состоится 17 февраля 2011 г. в 13:00 час. на заседании диссертационного совета Д.212.121.08 при Российском госдарственном геологоразведочном университете по адресу: 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23 (ауд. № 6-87). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государсвенного геологоразведочного университета. Автореферат разослан ……………….. 2010 г. Ученый секретарь диссертационного совета,
Холобаев Е.Н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Забайкалье является крупным источником важнеших видов минерального сырья в России. И если седой Урал был основной кладовой России в XIX и XX столетиях, то Забайкальский край может по праву стать основным горнорудным краем России в XXI веке. В результате поисково-разведочных работ в Збайкальском регионе открыт ряд крупнейших и уникальных месторождений: Удокаское медное, Стрельцовское урановое, Чинейское железо-титан-ванадиевых руд, Катугинское – редких металлов, Жирекенское молибденовое, Бугдаинское – золотмолибденовое, Быстринское и Лугоканское меди и золота, Березовское – железа, Озерное – полиметаллов, Итакинское – золоторудное и т.д. Почти все месторождения имеют крупные размеры рудных тел, и значительная часть их может быть отработана открытым способом.
Однако горнопромышленное освоение этих месторождений связано с проблемой эффективности и безопасности ведения открытых горных работ, на которые огромное влияние оказывает многолетняя мерзлота и суровые природно-климатические условия Забайкальского региона. Климат в Забайкалье – резкоконтинентальный. Минимальная температура зимой достигает минус 50 С, а среднегодовая температура – минус 8 С. Температура многолетнемерзлых пород колеблется от минус 10 С до нуля, а их моность достигает 800 – 1000 м.
Отечественный и зарубежный опыт горнопромышленного освоения местородений в подобных условиях безо всякого преувеличения позволяет утверждать, что оновные технологические условия, обеспечивающие безопасность и экономическую эфективность открытой геотехнологии в значительной мере будут связаны с необходмостью более внимательного учета влияния температурного фактора на технологию и организацию горных работ. Низкие знакопеременные температуры горных пород и нружного воздуха обуславливают комплекс технологических осложнений при проведнии открытых горных работ: упрочнение многолетнемерзлых пород при понижении температуры, смерзаемость отбитой горной массы, увеличение энергоемкости разршения мерзлых пород, снижение производительности экскаваторов и внутрикарьерного транспорта и т.д.
Базовые технологии, основанные на ограничениях числа типовых вариантов, не всегда согласуются со сложными природно-климатическими условиями освоения мсторождений, а потому требуют существенной корректировки и технологической адатации к условиям Забайкалья.
Наряду с проблемами пионерного освоения крупнейших месторождений Забакалья в условиях экономического кризиса актуальной является проблема повторной разработки открытым способом ряда месторождений, на которых после завершения подземных горных работ в зонах обрушений остаются значительные запасы богатых руд, для добычи которых необходима разработка специальных, более безопасных тенологий открытых горных работ в условиях повышенной геомеханической опасности.
Поэтому в настоящее время и обозримой перспективе для инновационного равития Забайкальского горнорудного района России весьма актуальна проблема – учет влияния на эффективность и безопасность горных работ сложных геокриологических и горнотехнических условий при освоении месторождений открытым способом.
Цель работы – обосновать и разработать эффективные, экологически безопаные и малоотходные технологические схемы открытой разработки рудных местородений в сложных горнотехнических и геокриологических условиях Забайкалья.
Основные задачи исследования: <:оценка минерально-сырьевой базы, природно-климатических, горнтехнических, горно-геологических и геокриологических условий месторождений Збайкалья; <:критическая оценка проектных решений и фактического состояния технологии открытой разработки и обоснование перспективы освоения минерально-сырьевых рсурсов региона в новых экономических условиях; <:обоснование и выбор критерия оценки эффективности разработки рудных мсторождений открытым способом; <:обоснование и разработка методики выбора оптимального вида карьерного транспорта в зависимости от глубины разработки месторождений; <:исследование технологических процессов добычи рудного минерального срья открытым способом и разработка новых технико-технологических решений повшения их эффективности; <:исследования процессов сдвижения горного массива при отработке местородений подземным способом с открытым очистным пространством в условиях отсутсвия закладки выработанного пространства; <:оценка запасов минерального сырья на верхних неотработанных горизонтах, подвергшихся сдвижению; <:разработка безопасной технологии повторной выемки запасов открытым спсобом после завершения подземных горных работ.
Идея работы состоит в использовании установленных связей между геокрилогическими и горнотехническими условиями, технологическими процессами добычи руды открытым способом и современными эколого -экономическими ограничениями как составными частями структуры открытой геотехнологии, формирующей ее эффетивность, экологическую безопасность и прогрессивное развитие в современных экномических условиях.
Методы исследований. Анализ состояния минерально-сырьевой базы, обобщние теории и практики открытой разработки месторождений, физическое и экономикматематическое моделирование, аналитические исследования, математическое прграммирование с применением современных компьютерных технологий, лабораторные и производственные эксперименты, технико-экономический анализ, обработка резултатов методами математической статистики.
Основные защищаемые положения.
1. Выбор оптимальных вариантов разработки рудных месторождений открытым способом обеспечивается предлагаемой экономико-математической моделью ресурсоберегающей открытой геотехнологии на основе комплексного критерия «чистая диконтированная прибыль», учитывающего комплексное использование недр, эксплуатционные энергетические затраты основных технологических процессов, затраты на орану окружающей среды и эколого-экономические ограничения.
2. Повышение эффективности открытой разработки рудных месторождений Збайкалья на глубоких карьерах может быть достигнуто на основе оптимизации показтелей работы карьерного транспорта за счет применения гибких технологических схем транспортирования горной массы (автомобильной, железнодорожной, конвейерной).
3. Снижение энергетических затрат и повышение экологической безопасности очистных работ при открытой разработке рудных месторождений достигается за счет дополнительного разупрочнения массива скальных пород на базе использования гироразрыва, а мерзлых рыхлых отложений – на основе синхронно-импульсного элетро-гидроразрыва, обеспечивающих снижение затрат на буровзрывные работы и вброс вредных ядовитых газов и пыли в атмосферу карьеров.
4. Эффективность и безопасность повторной открытой разработки местородений, отработанных подземным способом, могут быть достигнуты учетом устаноленных геодинамических закономерностей перемещения и аккумулирования руды в зонах обрушения в пространстве и во времени на стадии подземной отработки местрождений и использования технологической схемы на базе экскаватора-драглайна, пзволяющей извлечь потерянные запасы богатых руд из зон обрушения.
Достоверность и обоснованность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена представительным объ?мом испытаний и экспериментов, сходимостью результатов теоретических и лабораторных исследований с данными производственных экспериментов, опытно-промышленными испытаниями технологческих схем ведения открытых горных работ, крупномасштабным внедрением разрабтанных экологически безопасных технологий и рекомендаций в производство и рабчие проекты с высокой экономической эффективностью.
Новыми научными результатами, полученными лично соискателем явлются:
кальского региона;
новных параметров карьеров на основе критерия «ЧДП»;
сравнения как экономических, так и энергетических затрат;
пользованием гидроразрывных воздействий;
синхронно-импульсных и электрогидравлических воздействий;
ботки;
сиве и в зонах обрушений.
Практические результаты:
личных видов карьерного транспорта;
мерзлых горных пород с использованием гидроразрыва массива;
ждений открытым способом после завершения подземных горных работ;
работку рудных месторождений Забайкалья открытым способом.
Работа выполнена в рамках региональной программы «Развитие горнорудного комплекса Забайкалья на период до 2025 г.».
Реализация результатов работы. Основные положения диссертации использваны: при проектировании отработки Озерного и Бугдаинского месторождений; для разработки ТЭО по месторождениям Быстринское и Чинейское; для проектирования повторной разработки Тасеевского золоторудного месторождения; при разработке мтодов и способов повышения эффективности карьерного автотранспорта на разрезе «Харанорский»; при подготовке горных инженеров по специальности 130403.65 – Окрытые горные работы, бакалавров и магистров по направлению 130400.68 «Горное дло», аспирантов и соискателей по специальности 25.00.22 – Геотехнология открытая, подземная и строительная в Читинском государственном университете.
Апробация работы. Результаты, основные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, докладывались на: Всесоюзной конференции «Комплексная механизация ведения БВР на горных предприятиях» (Красноярск, 1984); межреспублканской научно-технической конференции «Пути решения экологических задач на гоных предприятиях» (Ташкент, 1991); международной конференции «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов сточных вод» (Пенза, 1996, 1997, 1999); международной конференции «Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление» (Чита, 1997, 2001); II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (С-Петербург, 1997); Международном свещании «Научные и практические аспекты добычи цветных и благородных металлов» (Хабаровск, 2000); Международной научно-практической конференции «Темпы и прпорции социально-экономических процессов в регионах Севера» (Апатиты, 2003); ежгодных научно-практических конференциях ЧитГУ (1986 2007), ИрГТУ («Игошинские чтения», 2003); научном симпозиуме «Неделя горняка» (2003, 2004, 2005, 2006, МГГУ, Москва); расширенном заседании кафедр ПРМПИ, ОГР, БЖД Горного института ЧитГУ, Чита, 2010; на расширенном заседании кафедр геологоразведки, экономики и правового обеспечения недропользования, техники разведки и разработки МПИ РГГРУ, М., 2010.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 45 печатных работах, в т.ч. 27 в центральных изданиях, из них одна монография, два учебных посбия с грифом УМО, 7 изобретений.
Объ?м и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заклчения и содержит 232 страницы машинописного текста, включая 33 рисунка, 28 таблиц, список использованной литературы из 217 наименований, 22 приложения.
Первая глава посвящена анализу литературных источников: минеральнсырьевой базы; природно-климатических, горно-геологических условий и технологии открытой разработки рудных месторождений Забайкалья.
Во второй главе дано обоснование экономико-математической модели выбора наиболее эффективного варианта разработки рудных месторождений открытым спосбом на основе повариантных расчетов с изменяющимися основными технологическими параметрами карьера и технологии.
В третьей главе изложены вопросы выбора типа карьерного транспорта и опрделения рациональных областей его применения. Рассмотрены вопросы дальнейшего совершенствования автомобильных и железнодорожных внутрикарьерных дорог.
Четвертая глава посвящена рассмотрению вопросов повышения эффективнсти разработки рудных месторождений открытым способом методом оптимизации опративного управления добычными работами, применением разупрочнения скальных пород методом гидроразрыва и рыхлых мерзлых пород на основе синхроннимпульсного электро-гидроразрыва с целью снижение затрат на добычу руды.
В пятой главе рассмотрен вопрос доработки запасов рудных месторождений открытым способом после их подземной разработки на примере Тасеевского золотрудного месторождения, выявлены закономерности перемещения руды в зоне обрушния, подсчитаны запасы в зоне обрушения, предложены технические решения для безопасной выемки оставшихся запасов.
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность проф. д.т.н. Рашкину А.В. и проф. д.т.н. Бунину Ж.В. за консультации и помощь при выполнении работы.
Глубокую благодарность автор выражает работникам ОАО «Балей-золото», ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение», Жерикенского, Шерловогорского и Первомайского ГОК, ЗАО «Турмалхан», «Востоккварцсамоцвет» за помощь в проведении экспериментов, опытно-промышленной апробации и содействии во внедрении результатов исследований.
Значительный вклад в становление и развитие технологии открытой разработки рудных месторождений внесли академики РАН: Н.В. Мельников, М.И. Агошков, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, Н.Н. Мельников; член-корр. РАН Д.Р. Каплунов; професора: П.И. Городецкий, Б.П.Боголюбов, Б.П. Юматов, Е.Ф. Шешко, Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, Ж.В. Бунин, В.С. Коваленко, В.С. Хохряков, Д.М. Казикаев, А.А. Вовк, В.А. Куликов, Г.М. Малахов, М.Г. Новожилов, М.В. Рыльникова, В.И. Терентев, А.В. Рашкин, М.Н. Цигалов, Г.И. Черных, М.Д. Шнайдер и другие известные учные. Благодаря этим исследователям, на карьерах России были разработаны и внедрны высокопроизводительные горная техника и технологии.
Анализ выполненных исследований и публикаций по данной проблеме показал, что рассмотрению вопросов повышения эффективности и безопасности открытой раработки рудных месторождений, расположенных в сложных геокриологических, прродных и горнотехнических условиях было уделено недостаточное внимание. Большое разнообразие и специфика геокриологических условий обуславливает необходимость адаптации и существенных изменений в традиционных технологиях открытой разрботки месторождений.
На современном этапе особую актуальность приобретают проблемы многофаторной оптимизации параметров открытых горных работ и повторной отработки окрытым способом верхних горизонтов подземных рудников в сложных геомеханическх условиях.
Первое защищаемое положение. Выбор оптимальных вариантов разработки рудных месторождений открытым способом обеспечивается предлагаемой эконмико-математической моделью ресурсосберегающей открытой геотехнологии на основе комплексного критерия «чистая дисконтированная прибыль», учитыващего комплексное использование недр, эксплуатационные энергетические затрты основных технологических процессов, затраты на охрану окружающей среды и эколого-экономические ограничения.
Для обоснования возможности использования упрощенных моделей для расчета удельных стоимостных показателей была исследована степень влияния основных праметров карьеров: глубины (H), среднего коэффициента вскрыши (k в), годовой призводительности по горной массе (А г.м.) и по руде (Ап.и.), объема вскрыши (V), велчины запасов полезного ископаемого (Z) и длины транспортировки горной массы (L) – на величину удельных капитальных (Кз) и эксплуатационных затрат (Эз) по фактичским и проектным данным горнорудных предприятий Забайкалья: Первомайский ГОК (Завитинский карьер, Этакинский карьер – проектные данные), Шерловогорский ГОК, Бугдаинский ГОК – проектные данные. При установлении корреляционных зависимстей, увязывающих переменные Кз, Эз, А г.м., L, kв, H, были использованы методы прямого и множественного корреляционного анализа. Для приведения разновременных затрат к единому знаменателю затраты выражены в долларах. Результаты техникэкономических исследований приведены на рис. 1 – 4.
| Страницы: 1 2 3 4 5 |