Основные методы разделения карьера на этапы

Разработка крупных карьеров, обладающих большими запа­сами полезного ископаемого, сопровождается целым рядом тех­нологических особенностей. При составлении технического про­екта разработки месторождения стремятся установить конечный контур карьера, внутри которого проектируются гарные работы с постоянными на весь период эксплуатации параметрами.

Фактически на большинстве карьеров с течением времени из­меняются параметры системы разработки, горнотранспортное оборудование и схемы вскрытия месторождений. Совершенствова­ние технологии добычи и переработки руды, а также доразведка месторождений приводят к неоднократным расширениям контуров и другим видам реконструкции карьеров. В результате реконст­рукции карьер вступает в новый этап развития, который по своим параметрам намного отличается от принятых в первоначальном проекте.

Вместе с тем под влиянием технического прогресса происходит ежегодное увеличение производительности труда и снижение экс­плуатационных расходов [57, 58, 59]. Это вызывает естественное желание уменьшить объемы горнокапитальных и вскрышных работ в первоначальные периоды эксплуатации карьеров. Для умень­шения затрат целесообразно планировать открытую разработку месторождений по этапам с установлением промежуточных кон­туров.

В 1945 г. выемка вскрыши по этапам была осуществлена по предложению А. Н. Шилина и других при разработке Сибайского месторождения. Предложенная схема оказалась весьма эконо­мичной, поэтому институтом Унипромедь способ разделения карь­ера на очереди был применен в проектах Зыряновского, Учалинского и некоторых других карьеров [63].

В. В. Ржевский при исследовании режима горных работ на карьерах сформулировал основные принципы разработки место­рождений да этапам следующим образом: «Для уменьшения объ­емов работ на первый период принято решение об организации карьеров первой очереди. С этой целью, установив конечные кон­туры карьера, горные работы первые 15—20 лет развиваются в пределах условно принятых промежуточных контуров с меньшим средним коэффициентом вскрыши. В последующем, когда годовые объемы вскрышных работ по карьеру первой очереди начинают уменьшаться, приступают к ведению горных работ до конечных контуров. За счет этого достигается нужная степень усреднения годовых объемов вскрышных работ» сокращаются сроки и стои­мость строительства карьеров»[43]:

Акад. Н. В. Мельников, освещая основные направления в раз­витии открытого способа разработки, подчеркивал экономическую целесообразность и технологическую необходимость этапов, обо­снованную практикой работы уральских карьеров [29]. «Возмож­ность разработки месторождений отдельными этапами, — отмечал Н. В. Мельников, — имеет принципиальное значение, так как умень­шает объем горнокапитальных работ; обеспечивает равномерное распределение объемов горных работ в каждом периоде и позво­ляет отнести выполнение необходимых объемов по вскрыше на наиболее благоприятные периоды существования предприятий на базе новой техники». На необходимость и экономическую целесо­образность разработки крупных карьеров этапами указывает Н. В. Мельников в своих более поздних работах [30, 31].

Проф. А. И. Арсентьев, занимаясь исследованием режима гор­ных работ на карьерах, пришел к выводу о том, что «с целью повышения эффективности открытой разработки крупных место­рождений целесообразно разбить всю работу карьера на несколько очередей (этапов). Контуры карьера I очереди должны обеспе­чить переход горных работ в контуры карьера II очереди» [2]. Отмечая, что разделение карьера на очереди отработки связано с объемом капитальных вложений и усреднением коэффициента вскрыши, А. И. Арсентьев рассмотрел два случая:

1) когда для перехода к работе карьера на следующем этапе требуется только добавление основного горнотранспортного обо­рудования без горнокапитальных работ;

2) когда переход на следующий этап работы карьера связан с реконструкцией карьера и производством горнокапитальных работ.

А. И. Арсентьев и С. Я. Арсеньев [3] рассмотрели схему раз­работки крупного месторождения по этапам как один из способов усреднения эксплуатационного коэффициента вскрыши. Сущность предлагаемого метода заключается в том, что внутри конечного контура карьера намечается промежуточная граница, на которой оставляются транспортные бермы. Когда объемы вскрышных работ в промежуточных контурах начинают снижаться, начинается раз­нос временного нерабочего борта до конечных контуров карьера. Причем понижение горных работ при разносе этого борта должно быть более интенсивным, чтобы обеспечить бесперебойную работу карьера по добыче руды и своевременный выход горных работ па конечные контуры карьера. Разработанный принцип расчета высоты временного нерабочего борта и рационального периода консервации вскрыши проверен на примере разделения Николаев­ского месторождения на этапы разработки.

Проф. В. С. Хохряков на основании изучения динамики тех­нико-экономических показателей карьеров рассмотрел основные вопросы технологии разработки месторождений этапами [57,. 60]. Исходя из положений, что «...возрастающий график вскрышных работ является более экономичным, чем усредненный..», и что «...производительность карьера по добыче полезного ископаемого также должна быть, как правило, возрастающая непрерывно или ступенями», В. С. Хохряков сформулировал основные принципы рационального календарного плана вскрышных и добычных ра­бот. Рациональный календарный план должен отвечать следую­щим условиям: 1) в любой период разработки (за исключением периода затухания) текущий коэффициент вскрыши должен быть минимальным и меньшим, чем в последующие периоды; 2) ка­лендарный график вскрыши и добычи должен быть ступенчатым, что характеризует этапность в развитии горных работ на карьере; 3) характер изменения графика внутри этапа определяется при­ближенно возрастающей прямой, а более точно графиком степен­ной функции.

На основании разработанных признаков рационального кален­дарного плана В. С. Хохряков сформулировал следующие основ­ные положения, определяющие целесообразную схему разделения карьера на этапы разработки.

1. Производительность карьера по полезному ископаемому не должна уменьшаться в какие-либо периоды, в частности в момент перехода горных работ через промежуточный контур от одного этапа к другому.

2. Средние коэффициенты вскрыши в каждом этапе, приве­денные к одинаковому качеству товарной продукции, должны быть минимальными и меньшими, чем в последующем этапе.

3. Производительность карьера по вскрыше и текущие коэф­фициенты вскрыши в каждом последующем этапе должны быть, как правило, больше, чем в предыдущем (за исключением пе­риода затухания на месторождении).

При составлении технических проектов разработки крупных рудных карьеров В. С. Хохряков рекомендует учитывать развитие техники и технологии и решать задачи не для всего срока службы, а для конкретных, сравнительно небольших по длительности периодов.

Для первого периода (10—12 лет) принимается выпускаемое конкретное апробированное практикой горнотранспортное оборудование и соответственно этому оборудованию устанавливаются на основе известных закономерностей параметры системы разработ­ки и способы вскрытия.

Для второго периода (10—12 лет) точность расчета снижается. В качестве средств механизации принимаются модели горнотранспортного оборудования, намеченные к выпуску, проходящие испы­тания и находящиеся в стадии проектирования. Основные техни­ческие данные этого оборудования принимаются ориентировочно на основе расчетов по удельным показателям путем сравнения с другими машинами. Технико-экономические показатели могут быть определены обычными расчетными методами и оценены по нор­мативным показателям с учетом темпов технического прогресса. Проектные решения и технико-экономические показатели второго периода пересматриваются и уточняются в проекте реконструкции.

Для третьего и последующих периодов, находящихся за пре­делами 15—20-летнего срока от начала разработки, трудно при­нять с достаточной точностью какие-либо конкретные решения. Однако технический прогресс должен быть учтен, что может быть сделано на основе полученных закономерностей, определяющих динамику технико-экономических показателей... На основе этих экономических показателей определяются перспективные границы открытой разработки и обосновывается перспективная производ­ственная мощность... Технико-экономические показатели и проект­ные решения третьего периода в будущем соответственно пере­сматриваются и уточняются в проектах реконструкций.

Проведенные отечественными учеными исследования позволили предложить методику выбора оптимального варианта при разра­ботке карьеров по этапам с учетом современного состояния тех­ники и новых методов экономической оценки рассматриваемых вариантов.