Горно-геометрический анализ карьерного поля

Введение

Целью проектирования горного предприятия является разработка необходимых документов для строительства и эксплуатации предприятия по добыче полезного ископаемого. Задачами проектирования являются: обоснование целесообразности строительства предприятия на осно­ве объективного доказательства его необходимости, технической возможности строительства и экономически эффективного, безопасного и экологически допустимого производства, разработка полного комплекта проектных решений для всех звеньев горного производства и социальных условий обслуживающего персонала; использование последних достижений в области науки, техники и технологии во всех проектных решениях для создания современного, конкурентоспособного на длительный период времени горного предприятия.

Основные задачи, решаемые при проектировании горных предприятий, разделены на четыре типа: технические, горно-геометрические, экономические и технико-экономические.

Технические – это задачи, особенностью которых является однозначность решения, т. е. отсутствие необходимости экономической оценки вариантов. Технические задачи решаются, как пра­вило, классическими методами и имеют стандартное математическое обеспечение. В горном производстве  - это задачи горного давления, устойчивости откосов бортов и уступов, осушения, определение параметров рабочих машин, элементов забоя, производительности машин, задачи строительные  и др.

Горно-геометрические – это задачи определения площадей, объемов, запасов полезных ископаемых и вскрышных пород по месторождению с разделением по типам и сортам руд, категориям разведанности на основе геологоразведочных данных, построение погоризонтных планов по скважинам, преобразование поперечных сечений в погоризонтные планы, геометрического анализа карьерных полей, построения графиков ре­жимов горных работ.

Экономические – это задачи определения затрат и доходов, себестоимости продукции, сметной стоимости строительства, трудоемкости, прибыли и рентабельности.

Технико-экономические – это задачи выбора оптимальных решений. Их отличительной особенностью является множество решений, которые отвечают техническим или технологическим требованиям, но отличаются результирующими технико-экономическими показателями. То есть возникает необходимость в экономической оценке вариантов и выборе оптимального решения.

Исходные данные:

Мощность наносов – 20 метров

Высота уступа – 20 метров

Мощность пласта – 20 метров

Угол падения пласта – 30⁰

1.     Горно-геометрический анализ карьерного поля

Горно-геометрический анализ производится по методике А.И.Арсентьева (плоская модель) [1] на поперечном разрезе карьерного поля, параметры которого задаются. В результате горно-геометрического анализа студентом вычерчивается вначале на миллиметровой бумаге, а затем - на ватмане, зависимости нарастающих объемов вскрыши от нарастающих объемов выемки из контура карьера полезного ископаемого - для двух крайних случаев порядка развития горных работ: с минимально и максимально возможными углами откоса рабочего борта.

Порядок графо-аналитических построений: на поперечном разрезе карьерного поля (на миллиметровой  бумаге) вычерчиваются последовательно контуры карьера при минимальной ширине рабочей площадки - от поверхности до конечной глубины, причем расстояния по вертикали между отметками дна смежных контуров принимаются равными предполагаемой высоте горизонта. При этом обоснование параметров рабочей зоны - высоты горизонта и минимальных размеров рабочей площадки, производится следующим образом.

Вначале производится приближенный подсчет запасов карьерного поля, на основании которого принимается годовая производительность карьера по полезному ископаемому из расчета, что 25% запасов полезного ископаемого отрабатываются в течение первых 12-15 лет эксплуатации. После этого, на основании методики выбора типомодели экскаватора из курса "Процессы открытых горных работ", принимается модель экскаватора и, с использованием Типовых технологических схем [2], а также справочника [3], устанавливаются высота уступа, минимальная и нормальная ширина карьерного поля.

После построения контуров карьера производится подсчет объемов полезного ископаемого и вскрыши в приращениях контура карьера. Вначале подсчитываем площади всех выемочных слоев. Для определения объемов отработки, необходимо определить зоны влияния для каждого горизонта. Зоны влияния:

, м                                               (1.1)

м

м

м

м

м

м

Для наносов:

, м                                                              (1.2)

м

Для пластообразных вытянутых по простиранию залежей горизонтальная мощность залежи определяется по следующей формуле:

, м                                                                               
                   (1.3)

м

где    m_н - нормальная мощность залежи по геологическим разрезам;

y - угол наклона залежи.

Максимальный разнос бортов карьера по поверхности:

, м                                                                                                 (1.4)

м

Максимальная глубина карьера

, м                                                                                      (1.5)

м

где  _max. - угол откоса борта карьера при погашении.

Определение погоризонтных объемов вскрыши и полезного ископаемого для пластового месторождения

Для пластового месторождения каждый горизонтальный (погоризонтный) слой представляют крытообразное тело. Продольные и поперечные его сечения представляют из себя трапеции, размеры оснований которых завися от расстояния данного слоя от дневной поверхности.

Для учебных расчетов принимаем упрощенные формулы определения объемов:

, м³                                                                               
                                                                      (1.6)

где   V_гм – объем горной массы в пределах слоя, м³;

         S – площадь поперечного сечения слоя, м³;

         L_ср.прi – длина линии продольного сечения слоя, как трапеции, м.

Результаты расчетов заносятся в две таблицы -  для полезного ископаемого и вскрыши в отдельности. 

2.     Построение календарного плана отработки карьерного поля

Календарный план отработки карьерного поля строится на основании результатов горно-геометрического анализа, на первый период эксплуатации (т.е., как было сказано выше - на первые 12-15 лет).

Календарный график состоит из двух частей:

- собственно графика, состоящего из одной шкалы на оси абсцисс (годы эксплуатации), и трех шкал на оси ординат: шкала годовых объемов добычи, годовых объемов вскрыши и текущего коэффициента вскрыши;

- таблицы очередности вовлечения в разработку запасов полезного ископаемого и пород вскрыши по горизонтам.

Поскольку график составляется для одного, правда, первоначального, периода, построение его достаточно тривиально: устанавливается величина периода освоения проектной мощности карьера (обычно 3-4 года).

Согласно общепринятым нормам, производительность горного предприятия в период освоения проектной мощности составляет, в среднем, половину проектной производительности, для данного периода графики для добычи и вскрыши будут представлять собой наклонные отрезки, начинающиеся от начала координат и заканчивающиеся точкой, координаты которой: по оси абсцисс - конец периода освоения проектной мощности, по оси ординат - соответствующее проектное значение годового объема добычи и вскрыши;

Горизонтальные линии внутри строк таблицы соответствуют периодам отработки соответствующих объемов данного горизонта, причем начало линии должно соответствовать началу вовлечения соответствующих объемов в разработку, а конец - исчерпанию данного объема.

Исходя из запасов определяем время отработки данного карьера по формуле:

, лет                                                                             
                 (2.1)

лет

где  З_пи – запасы полезного ископаемого, тонн.

 тонн                                                                           
                       (2.2)

млн.тонн

Годовая производственная мощность по полезному ископаемому определяется по формуле:

, м³/год                                                                             
            (2.3)

 млн м³/год

Годовая производственная мощность по вскрыше определяется по формуле:

, м³/год                                                                             
            (2.4)

 млн м³/год

Темп углубки определяется по формуле:

, м/год                                                                                   
        (2.5)

 м/год

В соответствии  с  годовой скоростью углубки по приращениям контуров карьера можно легко определить, когда объемы вскрыши и полезного ископаемого данного горизонта начинают разрабатываться, и когда завершаются. В соответствии с эти и проводятся вышеуказанные горизонтальные отрезки внутри строк таблицы.

Список использованной литературы

1. Арсентьев А.И. Определение производительности и границ карьеров.

- М.: Госгортехиздат,1961 г.

2. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. - М.:"Недра", 1982 г.-405 с.

3. Краткий справочник по открытым горным работам/Под ред.Мельникова

Н.В. - М.:"Недра", 1982 г.-315 с.

4. Хохряков В.С. Проектирование карьеров. - М.:"Недра", 1992.-383с.

5.Открытые горные работы. Справочник. М., Горное бюро.

6.Трубецкой К.Н.,Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров.,том 2.М. Издательство академии горных наук.,2001,534с