НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРОВ

(Определение производственной мощности карьера по полезному ископаемому и вскрышным породам. Объем карьера и конечная глубина карьера)

 

11.1. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ МОЩНОСТЬ КАРЬЕРА

 

Производственная мощность карьера (возможная, установленная планом или проектом) определяется количеством горной массы, добываемой в карьере в единицу времени. Производственную мощность карьера измеряют в тоннах или кубометрах и обычно исчисляют в смену, сутки, месяц и год.

Различают производительность карьера по полезным ископаемым, вскрыше и горной массе. Взаимосвязь между этими показателями следующая:

 

На производственную мощность карьера влияет множество технических и экономических факторов. Главными из них является потребность народного хозяйства в полезном ископаемом, отпускная цена на товарную продукцию, себестоимость полезного ископаемого с учетом погашения затрат на выемку горных пород - отходов карьера, а также геологические условия месторождения, объем запасов, способ вскрытия, система разработки и др.

Ограничивают производственную мощность карьера горнотехнические и экономические факторы: - провозная способность транспортных коммуникаций, интенсивность развития горных работ, число добычных экскаваторов; удельные и абсолютные капитальные затраты на строительство карьера, себестоимость и отпускная цена товарной продукции, земельная рента за площади, занимаемые предприятием, горная рента и др.

Возможная производительность карьера по основному полезному ископаемому при разработке крутопадающих залежей небольших размеров в плане и простых условиях залегания определяется по возможной скорости углубки по формуле

где h_г - понижение горных работ, м/год; р₀ - запасы полезного ископаемого в недрах, м³/м; γ – объемная масса полезного ископаемого, т/м³; τ - потери полезного ископаемого, доли единицы; ρ - засорение полезного ископаемого другими породами, доли единицы.

Для месторождений, представленных одной или несколькими крутопадающими залежами с невыдержанными элементами залегания и неправильной конфигурацией по глубине и в плане, когда рудные площади вовлекаются в эксплуатацию постепенно и неравномерно, возможную производительности карьера по полезному ископаемому устанавливают графоаналитическим методом. Для этого отстраиваются положения горных работ через 50-100 м по глубине и подсчитывают запасы полезного ископаемого по интервалам (с учетом размеров, эксплуатационных потерь и засорения). Продолжительность каждого периода работы определяют по максимальной скорости углубки. Возможная производительность карьера по полезному ископаемому (усредненная по годам в каждом периоде) устанавливается путем деления запасов руды в. интервале между двумя смежными положениями горных работ на продолжительность их отработки.

Понижение горных работ в расчетах принимают: - при использовании железнодорожного транспорта - 6-8 м/год; - при использовании автомобильного и конвейерного транспорта - 10-15 м/год. Впериод строительства карьера при использовании автомобильного транспорта понижение достигает 45-55 м/год.

При разработке горизонтальных или пологопадающих залежей возможная по горнотехническим условном производительность карьера по полезному ископаемому устанавливается по максимальной скорости подвигания рабочего борта на ограничивающем горизонте по формуле

где v_у – скорость подвигания уступа, м/(единица времени); m - мощность залежи полезного ископаемого, м; L_ф - длина фронта уступа по полезному ископаемому, м; γ - объемная масса полезного ископаемого, т/м³.

Если мощность полезного ископаемого и длина фронта работ значительно изменяется по мере подвигания фронта горных работ в принятом направлении, то возможная производительность карьера определяется поэтапно по периодам разработки.

Производительность карьера по полезному ископаемому может быть также определена из условия возможного размещения экскаваторов на добычном фронте. При этом число добычных уступов определяется, исходя из схемы развития горных работ. При продольном расположении фронта работ и выдержанном залегании залежи число добычных уступов

где m – мощность залежи полезного ископаемого, м; b – ширина рабочей площадки, м.

Число экскаваторов на одном уступе

где L_у – средняя длина уступа, м; l_бл – длина блока, равная при использовании железнодорожного транспорта 500 – 700 м, при автомобильном транспорте 250 – 400 м.

Исходя из условий обмена поездов при использовании железнодорожного транспорта на одном уступе обычно располагают не более двух экскаваторов.

Производительность карьера по полезному ископаемому

где Q_э.г - производительность добычного экскаватора, м³/год.

Производительность карьера по полезному ископаемому должна быть выбрана такой, чтобы обеспечить минимальный срок существования карьера:

 

Производительность карьера, Рг, млн. т		5-10	10-20	Более 20
Минимальный срок службы карьера, Тк. min, годы		20-25	30-35

При этом производительность карьера по полезному ископаемому

где Р – запасы полезного ископаемого в контуре карьера, т (м³).

В качестве возможной производительности обычно принимают минимальную из трех значений производительности определяемой по возможной скорости углубки карьера (для крутопадающих залежей), по максимальной скорости подвигания уступа (для горизонтальных и пологих залежей), по производительности добычного экскаватора и по минимальному сроку службы карьера.

В проектах помимо определения возможной производительности карьера должны указываться возможные сроки её достижения и продолжительность периода стабильной добычи.

Оптимальная производительность карьера по полезному ископаемому определяется технико-экономическими расчетами с учетом затрат на перевозку полезного ископаемого к потребителю и объемы потребления его заказчиком. Критерием оптимизации является минимальные приведенные затраты на производство и транспортирование товарного полезного ископаемого с учетом его качества.

При наличии в составе предприятия нескольких карьеров производительность каждого из них и очередность вовлечения в разработку определяется календарным планированием.

Производительность карьера по породам-отходам (вскрыше) с достаточной степенью точности может быть определена по формуле

Эксплуатационный коэффициент вскрыши

где k_ср – средний коэффициент вскрыши, м³/м³ (т³/т³, м³/т); λ – коэффициент неравномерности вскрышных работ, численно равный отношению максимального расчетного коэффициента вскрыши к среднеэксплуатационному. Ориентировочно для горизонтальных и и пологопадающих месторождений λ = 1,0 -1,5; для крутопадающих вытянутых λ = 1,25 – 1,35; для глубоких карьеров округлой формы λ = 1,45 – 1,36

Более точным является определение производительности карьера по вмещающим породам на основе тщательного анализа календарного плана горных работ, выполняемого в проекте в соответствии с установленным порядком развития горных работ и заданной производительностью карьера по полезному ископаемому.

 

11.2. ОБЪЕМ КАРЬЕРА

Объем горной массы (м³) в контурах карьера по акад. В.В.Ржевскому можно выразить через элементарные геометрические фигуры, объем которых известен (рис. 11.1).

. (1)

где S – площадь дна ABCDE карьера (рис. 1), м²;

H_к – глубина карьера, м;

b_n – угол откоса n-го участка борта карьера, градусы;

l_n – длина n-го участка борта, м;

b_ср – средний угол откоса борта карьера, градусы.

Если углы откосов всех бортов равны или разнятся незначительно то формула акад. В.В. Ржевского примет вид

(2)

где Р – периметр дна карьера, м.