Обґрунтування технологічних рішень зі зменшення порушень земель при розробці горизонтальних родовищ

Abstract

Дисертацію присвячено обґрунтуванню технологічних рішень зі змен-шення порушень земель при розробці горизонтальних родовищ, пов’язаних з формуванням залишкових вироблених просторів, шляхом обґрунтування технології розкриття, напрямку розвитку фронту гірничих робіт, а також оптимального профілю неробочих бортів. Виконані дослідження з встановлення залежностей впливу технології розкриття горизонтальних родовищ на показники порушень земель з урахуванням їх зміни від потужності порід розкриття, а також вдосконалено методичний підхід оптимізації профілів неробочих бортів кар'єрів особливість якого в тому, що борт приймається реального ступеневого профілю, запропоноване при цьому спільне ітераційне рішення двох допоміжних оптимізаційних задач дозволяє визначити раціональні параметри неробочих бортів кар'єрів, застосування яких забезпечує зменшення порушення земель при виробництві відкритих гірничих робіт. Реалізація методики оптимізації профілів неробочих бортів кар'єрів до-зволить зменшити об'єм розкривних робіт при постановці неробочих бортів в кінцеве положення на 17 % на кар’єрах №7 «Південь» та «Північ».

Диссертация посвящена совершенствованию технологических решений, обеспечивающих снижение нарушения земель при открытой разработке горизонтальных месторождений полезных ископаемых. Основной особенностью и одновременно недостатком применяемой технологии открытой разработки горизонтальных месторождений является образование значительных площадей безвозвратно теряемых для сельского хозяйства земель, которые являются остаточными выработанными пространствами карьеров. При этом начало формирования остаточных выработанных пространств происходит уже в период строительства карьера при вскрытии месторождения. Для определения эффективности схемы вскрытия и направления развития фронта горных работ горизонтального месторождения предложен экономический критерий, учитывающий экологические, технологические и социальные факторы. В диссертации предложен следующий подход к оценке нарушения зе-мель, базирующийся на рассмотрении двух взаимосвязанных показателей: первый - объем разрабатываемых вскрышных пород, который зависит от величины углов откосов бортов карьера и характеризуется площадью ∆S, второй – площадь нарушенных горными работами земель, характеризуемый предложенным в работе коэффициентом утраты горного отвода (Кс.в). Установлено, что наиболее приемлемыми по коэффициенту утраты гор-ного отвода (Кс.в) являются следующие технологические схемы вскрытия: 1) наклонными внутренними общими траншеями (полустационарными и временными), расположенными на нерабочем борту выездной горизонтальной траншеи (Кс.в = 24 %); 2) крутыми траншеями (Кс.в = 27 %); 3) наклонными стволами и засыпными тоннелями (Кс.в = 20 %). Обоснованы рациональные технологические схемы вскрытия месторождений, установлена область их применения в зависимости от коэффициента утраты горного отвода. Установлено, что с увеличением мощности вскрыши целесообразным с точки зрения снижения нарушения земель и экономически обоснованным является отказ от наиболее распространенной схемы вскрытия внешней капитальной траншеей в пользу вскрытия наклонными внутренними общими траншеями (съездами). Установлено, что в общем случае при больших производственных мощностях карьеров (Qк=1,0-2,0 млн т/год) практически во всем диапазоне изменения мощности вскрыши (от 40 до 140 м) наиболее предпочтительным является технологическая схема вскрытия внутренними общими стационарными траншеями. Вместе с тем при невысокой относительной ценности изымаемых земель вскрытие месторождения внешними траншеями становится конкурентоспособным. Реализация предложенного экономического критерия выбора рационального варианта вскрытия и направления развития фронта горных работ с использованием приведенных выше показателей позволила дать рекомендации по выбору схем подготовки карьерного поля и выбора направления фронта горных работ. При этом установлено, что максимальная величина чистого дисконтированного дохода (ЧДД) и одновременно минимальная величина коэффициента утраты горного отвода достигаются при комбинированной схеме подготовки карьерного поля и переменном (поперечно-продольном) направлении развития фронта горных работ. Установлено, что традиционно-применяемые методы расчета устойчивости откосов не предусматривают нахождение профиля борта карьера ступенчатой формы с минимальным объемом вынимаемых вскрышных пород. Предложенные различными авторами оптимизационные методики не могут быть непосредственно перенесены на случай разработки горизонтальных месторождений с мягкими вскрышными породами. В этой связи в работе предложена методика оптимизации профилей бортов карьеров ступенчатой формы, особенность которой в том, что борт принимается реального ступенчатого профиля, предложенное при этом совместное итерационное решение двух вспомогательных оптимизационных задач повышает достоверность принятых решений и позволяет определить рациональные параметры нерабочих бортов карьеров, применение которых обеспечивает уменьшение нарушения земель при производстве открытых горных работ. Установлено, что объем вскрышных работ при формировании профиля нерабочего борта карьера с заданным запасом устойчивости может отличаться до 40 %, что позволяет рекомендовать разработанную методику для определения оптимальных профилей нерабочих бортов карьеров. Для реальных условий действующих карьеров №7 “Юг” и №7 “Север” филиала “Вольногорский ГМК” ПрАО “Крымский ТИТАН”, с использованием методики оптимизации профилей бортов карьеров, обоснованы рекомендации по формированию нерабочих бортов. Использование этих рекомендаций позволит уменьшить объем производства вскрышных работ при постановке нерабочих бортов в конечное положение на 17 % на карьерах №7 «Юг» и «Север».

The thesis is devoted to substantiation of technological solutions on reduction of land disturbance in the development of horizontal fields related to the formation of mined-out area by substantiation of opening technology, direction of mining operations, as well as the optimal profile of non-working sides. There was carried out an research for determination of the influence relation between the horizontal fields opening technology and indicators of land disturbance taking into account their changes depending on a cover thickness. The technical approach to optimization of profiles of non-working sides of open pits was also improved; its peculiarity consists in taking a side of real stepped profile. Suggested joint iterated solution of two assisting optimization tasks allows determining rational parameters of non-working sides of an open pit, application of which allows decreasing land disturbance in open pit mining. The method of profiles optimization of non-working sides of open pits allows reducing the amount of overburden operations while setting non-working sides for 17 % at “Pivden” and “Pivnich” open pits.