Билин, Андрей Леонидович. Развитие методов определения границ карьеров для залежей различной протяженности

Краткое описание

Билин, Андрей Леонидович. Развитие методов определения границ карьеров для залежей различной протяженности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.15.03.- Апатиты, 1995.- 198 с.: ил. РГБ ОД, 61 96-5/1297-2

Горный/институт Кольского научного центра Российской академии наук

На правах рукописи

/
БИЛИН Андрей Леонидович

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ КАРЬЕРОВ ДЛЯ КРУТОПАДАЮЩИХ ЗАЛЕЖЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ
^ ^^12/иГ) /1 &Р
Специальности 05.15.03 - "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук С. П.Решетняк
Апатиты - 1995
ВВЕДЕНИЕ 3
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ 8
1.1. Исторический обзор направлений исследования в
области проектирования границ карьера 8
1.2. Систематизация направлений исследований 25
1.3. Методы проектирования контуров карьеров 35
1.4. Методы проектирования границ карьеров с
использованием ЭВМ 46
1.5. Постановка проблемы, объект, цель и задачи
исследований 51
2. АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТЕЙ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРОВ
ДЛЯ КОМПАКТНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ ЗАЛЕЖЕЙ 60
2.1. Описание расчетной аналитической модели 60
2. 2. Обоснование нового геометрического показателя
карьера 64
2.3. Исследование зависимости Выигрыша по вскрыше
от размеров карьера 71
2.4. Учет влияния дисконтирования на границы карьера ... 78
ВЫВОДЫ 91
3. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ КАРЬЕРА НА ЕГО
ОБЪЕМНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ВЫТЯНУТЫХ ЗАЛЕЖЕЙ 92
3.1. Аналитическое выражение объемов вскрыши и
полезного ископаемого в контурах карьера 92
3.2. Исследование области значений параметров
карьера 103
3.2.1 Анализ области возможных решений параметров карьеров 103
3.2.2 Исследование оптимальности местоположения торца карьера при определении глубины на
разрезе 108
3. 2. 3 Исследование показателей контуров с линии соответствия контурного и граничного ко¬эффициентов вскрыши 114
3.2.4 Исследование влияния величины граничного коэффициента вскрыши на параметры опти¬мального контура 118
3. 3. Анализ традиционных методов оконтуривания
карьеров . 119
3. 4. Разработка методического обеспечения под¬
системы "Контур" САПР-карьер 129
3.4.1 Исследование влияния конкретных горно-ге¬ологических условий месторождения на оп¬тимум местоположения дна карьера 129
3.4.2 Описание метода объемной оптимизации формы
карьера 133
3.5. Реализации метода определения формы и границ карьера для условий Ковдорского железорудного
месторождения 141
ВЫВОДЫ 157
4. ФОРМА ТОРЦА КАРЬЕРА ДЛЯ ДЛИННЫХ ЗАЛЕЖЕЙ 159
4.1. Построение линии сложного торца 159
4.2. Форма карьера для залежей средней длины 168
4.3. Классификация рудных залежей по длине 175
ВЫВОДЫ 179
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 181
ЛИТЕРАТУРА 182
ПРИЛОЖЕНИЯ 189
- з -
ВВЕДЕНИЕ
При открытом способе разработки многие решения проекта (по режиму горных работ, производительности, структуре комп¬лексной механизации и параметрам схемы вскрытия, промышленным запасам и времени эксплуатации месторождения) зависят от при¬нятых контуров карьера. Высокая степень влияния контуров карь¬ера на остальные проектные решения обуславливают сохранение среди исследователей большого интереса к вопросу определения границ карьеров.
По этому вопросы, связанные с определением границ карь¬еров вызывали и продолжают вызыввать пристальное внимание и большой интерес у проектировщиков и исследователей. Научным основам теории проектирования карьеров, развитию методов опре¬деления границ карьеров и их совершенствованию посвящены труды многих отечественных учёных: акад. РАН В. В. Ржевского, акад.
РАЕН А. И. Арсентьева и В. С. Хохрякова, профессоров Ж. В. Бунина,
П. И. Городецкого, А. С. Фиделева, Г. А. Холоднякова, Е. Ф. Шешко,
Б. П. Юматова, к. т. н. К. А. Кумачева, Е. Е. Маркова, М. Г. Саканцева и других. Были рассмотрены вопросы влияния на границы карьера производственной мощности, комплексности использования полез¬ного ископаемого, его качества, динамики горных работ и т.д.
Трудность обоснования принятого решения по границам карь¬ера объясняется высокой сложностью карьера как объекта проекти¬рования, его большим сроком службы и изменением в связи с этим оценочных критериев, разнообразием влияющих факторов и прогноз¬ным характером их значений. Однако, не отрицая значимости исс¬ледования влияния на границы карьера всего вышеперечисленного, отметим, что еще к.т.н. Саканцев М. Г. в начале 80-х годов в хо¬де диссертационных исследований выявил факт неоптимальности контуров, полученных при использовании традиционно применяемых
методов определения границ открытого способа разработки.
Таким образом, был поставлен вопрос о погрешностях самих методов проектирования и необходимости их совершенствования, не разрешенный из-за высокой трудоемкости проектных проработок при ручных методах решения задачи определения границ карьеров.
Анализ показал, что источником погрешности традиционных методов является неучет объемных свойств карьера как пространс¬твенного объекта, т. к. эти методы рассматривают задачу опреде¬ления границ трехмерного карьера в виде набора более простых двумерных задач. В связи с этим большой практический и теорети¬ческий интерес представляет задача определения границ карьера непосредственно в трехмерном пространстве с помощью методов ма-тематического моделирования месторождения и карьера и задача анализа традиционных методов проектирования границ при учете объемных свойств карьера. Решение этих задач возможно при осво¬ении математических методов ("теории графов” и "подвижного ко¬нуса") или при исследовании основных зависимостей теории проек¬тирования методом вариантов.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка рекомендаций по совершенс¬твованию методов определения границ карьеров на основе установ¬ления закономерностей изменения объемных показателей карьера (объемов руды и вскрыши в контурах карьера, среднего и контурно¬го коэффициентов вскрыши) при изменении его размеров и формы.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ состоит в учете объемных свойств карьерного пространства при оптимизации границ и применении аналитических и имитационных моделей для анализа традиционных методов определения границ карьеров.
- с; _
■•w1 •
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАЩИЩАЕМЫЕ АВТОРОМ.
1. При определении границ карьеров следует переходить от плоскостных методов решения проектных задач к непосредственной оптимизации границ в пространстве посредством анализа измене¬ния основных показателей карьера на цифровых моделях месторож¬дения и карьера при изменении его размеров и формы.
2. При определении границ открытой разработки месторожде¬ний.. наряду с известными, целесообразно применять показатель
о
"выигрыш по вскрыше" (м‘), получаемый при умножением объема руды в контурах карьера на граничный коэффициент вскрыши за вычетом объема вскрыши в этих же контурах, как показатель эко¬номической экспресс-оценки контуров.
3. Для залежей разной длины рациональная форма карьера имеет вид:
- для длинных залежей (с относительным показателем длины e=L/M > 16-18) - торцы сложной формы, выполаживающиеся сверху вниз по плавной кривой, глубина дна в центральной части карь¬ера определяется на поперечном разрезе;
- для залежей средней длины (є от 4-6 до 16-18) - торцы сложной формы, глубина дна меньше предельной, определенной на разрезе;
- для коротких залежей ( є от 1.4 до 4-6) - торцы простой формы, глубина и длина дна карьера определяются совместно;
- для компактных залежей (є < 1.4) - конусообразная форма карьера при круглом дне.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в:
1. Выявлении связанных с недостаточным учетом объемных свойств карьерного пространства систематических погрешностей плоскостных методов оконтуривания карьеров, применяемых в
практико прпгптірпвания;
2. Разработке меюда определения приведенного граничної^ коэффициента вскрыши при дисконтировании затрат, позволяющего обосновать выделение в пределах перспективного контура, окупае¬мого за счет кредита пространственного этапа освоения;
3. Выявлении особенностей оконтуривания карьеров для за¬лежей различной приниженности.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы заключается в возможности учета полученных выводов при проектировании карьеров и приме¬нении метода оценки соответствия исходным технико-экономичес¬ким условиям проектных кит у ров карьеров, который позволяет выявить объекты для первоочередной корректировки приемпил ре¬шений по границам карьеров.
Разработан пакет прикладныл программ для ПК, который поз¬воляет создавать модели реальных месторождений и карьеров лю¬бой сложности и проводить предпроектные исследования по грани¬цам карьера, который может служить б<зизой для разработки САПР.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ работы обеспечивается нагляд¬ностью положенных ь основу исследовательскил программ матема¬тически х моделей карьерного пространства, положительными ре¬зультатами опытной проверки аналитических ВЫВОДОВ, доведением методов анализа до инженерно-применимых методов экспресс-оце¬нок.
Работа выполнена в лоде диссертационных исследований, проведенных автором в лаборатории “Открытой разработки недр" Горноі-о института Ko^idCkoio научного центра Российской акаде¬мии наук.
Автор благодарен сотрудникам лаборатории и научному руко- водителю кандидату технических наук С.П. Решетняку за методоло¬гическую и организационную помощь в проведенных исследованиях, поддержку и сойоты, полученные в ходе работы над диссертацией.
Особую благодарность автор выражает выпускнику Спордловс- кого горного института технологу-открытчику - пользователю САПР н. с. Наговицыну 0.В., который оказал большую помощь в ос¬воении методов математического моделирования и является соав¬тором исследовательской модели на основе растрового моделиро-вания., о помощью которой были осуществлены исследования на заключительной стадии работы.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Получено новое решение задачи развития методов определения границ карьеров. Решается она на основе применения возможностей математического моделирования для анализа традиционных методов определения границ и обоснования новых.
Основные научные и практические результаты проведенных исследований состоят в следующем:
1. На основе анализа традиционных методов определения гра¬ниц карьеров для залежей разной длины установлены их системати¬ческие погрешности, связанные с использованием в целом плос¬костных методов решения проектных задач.
2. Установлено, что:
- для залежей средней длины традиционный метод приводит к завышению размеров карьера по площади на 10-30 % ;
- для коротких залежей применение аналогичного метода оконтуривания, предполагающего предварительный пересчет гранич¬ного коэффициента вскрыши в линейный граничный, приводит к за¬нижению параметров карьера на 10-15 %.
3. Предложен метод оценки соответствия проектных контуров карьера исходным граничным условиям, заключающийся в построении горизонтальных проекций конечного контура и контурной прирезки, определении контурного общего коэффициента вскрыши (м2/м2) и сопоставлении его с исходным граничным (м3/м3).
4. Предложены различные методы определения границ для за¬лежей разной длины, обоснована целесообразность сложной формы торца карьера для длинных залежей и предложен новый принцип классификации залежей по длине в зависимости от формы оптималь¬ного карьера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматизированное проектирование карьеров /В.С.Хохря¬ков, С. В. Корнилков, Г.А.Неволин, В. М. Каплан: Под ред. В. С. Хох¬рякова. -М.: Недра, 1985. - 263с.
2. Аленичев В. М. Экономико-математическое моделирование горно-технических задач на рудных карьерах. -М.: Недра, 1983. - 135с.
3. Арсентьев А.И. Определение производительности и границ карьеров. - М.: Недра, 1961. - 243с.
4. Арсентьев А.И., Полищук А. К. Определение границ карь¬
ера при селективной выемке нескольких сортов руд //Изв.вузов. Горный журнал. - 1964-N4.- с. 38-42.
5. Арсентьев А. И., Полищук А. К. Развитие методов опреде¬
ления границ карьеров. - Л: Наука, 1967.- 94 с.
6. Арсентьев А. И., Советов Г. А. Установление оптимального направления углубки карьера// Физика и технология разработки рудных месторождений з Заполярье. - М.: Наука, 1967,- с. 71-74.
7. Арсентьев А. И. Определение производительности и границ карьеров. - М.: Недра, 1970.- 319с.
8. Арсентьев А. И., Константинов Г. П. Оценка риска, зави¬
сящего от достоверности запасов руды, при определении произво¬дительности и границ карьеров// Изв. вузов. Горный жур¬нал. - 1975.-N3.- с. 39-41.
9. Арсентьев А. И., Шпанский 0. В., Константинов Г. П. Опре¬деление главных параметров карьеров. - М.: Недра, 1976.- 213 с.
10. Арсентьев А.И., Падуков В. А. Беседы о горной науке. - Л.: Наука, 1981. - 160 с.
И. Арсентьев А. И. Принятие решений о параметрах карь¬еров: Учебное пособие, - Л.: изд. ЛГИ, 1982. - 60 с.
12. Архипов А.В. Некоторые вопросы определения границ карьера // Совершенствование методов исследования и проектиро¬вания открытой разработки недр: отчет о НИР (заключительный)/
Горный институт КНЦ АН СССР.-УДК 622.271.3: N ГР 73054204: -, .
Апатиты, 1976. - 139 с.
13. Архипов А. В., Радионов С.Н., Марков Е.Е. Особенности расчета граничного коэффициента вскрыши и расширение границ карьеров при комбинированной разработке апатитовых месторожде¬ний // Разработка глубоких карьеров Севера.- Апатиты: ГоИ КНЦ АН СССР, 1988. - С. 63-75.