Текущие объемы полезного ископаемого и вскрыши в контурах карьера

Горизонт подготовки	Извлекаемые объемы в контурах	Влияние схемы вскрытия
Без схемы вскрытия	Со схемой вскрытия	Откорректированных
Р б	V б	п б	Р с	V с	п с	Р к	V к	п к	V с – V б, м^3	, %
	369,5		2,38	396,5		2,38	396,5		2,38
			3,51			3,51			3,51
			6,13			6,13			6,13
			8,73			8,79			8,79		0,7
			10,43			11,06			10,65		6,0
			10,86			12,26			10,58		12,9
			9,22			10,93			9,49		18,5
			8,89			10,67			8,55		20,0
			7,93			9,68			7,68		22,0
			6,82			8,54			6,22		25,2
			5,24			6,23			4,75		18,8

 

Рис.10. Извлекаемые объемы полезного ископаемого Р и вмещающих пород V при различных моделях конечных бортов

Более того, из табл.4 и рис.10 видно, что прирост объемов за счет схемы вскрытия и соответствующий рост текущего коэффициента вскрыши и себестоимости удерживается на уровне 18-25 % за период понижения горных работ на глубину 75 м (горизонты 7, 8, 9, 10, 11). Есть основания полагать, что тенденция сохранится до конца отработки карьера, так как при вскрытии и подготовке гор.11 горные работы уже вышли из зоны влияния вскрытия по правому борту, однако по левому борту вскрытие обеспечило увеличение объемов пород, текущего коэффициента и себестоимости руды на 18 % и, судя по перспективе развития горных работ на разрезе, оснований к снижению влияния вскрытия нет.

Из рассмотрения влияния вскрытия в динамике следует весьма важный вывод, объясняющий в значительной степени проблемы крупных глубоких карьеров, когда выполнение планируемых объемов вскрышных работ без учета влияния капитального вскрытия приводило к сокращению добычи даже на карьерах с достаточно благоприятными условиями (невысокий средний коэффициент вскрыши).

В общем виде учесть влияние вскрытия в динамике в процессе эксплуатации карьера можно по зависимости, полученной из рис.11,

, (18)

где – объем пород, вовлеченных в конечные контуры построением системы капитального вскрытия за рассматриваемый период, м³ (размерность предполагает распространение рассматриваемого сечения на 1 м по простиранию карьера); – величина понижения горных работ за рассматриваемый период, м; и – высота от дна карьера до точки встречи рабочего и конечного (без схемы вскрытия) бортов на конец и начало рассматриваемого периода соответственно, м; – углы откосов конечного борта без схемы вскрытия, со схемой вскрытия и рабочего борта соответственно, град.

Графическое отражение динамики вовлечения объемов во время эксплуатации карьера представлено штриховой линией на рис.10.

Для обретения границами экономической целесообразности на уровне граничного коэффициента вскрыши и обеспечения рентабельного ведения открытых работ необходимо изменить глубину карьера . Как известно, важнейшими из горно-геологических, технико-технологических и экономических факторов, определяющих глубину карьера, являются горизонтальная мощность залежи М, углы откосов конечных бортов и и граничный коэффициент вскрыши .

 

 

 

 

Рис.11. Учет влияния вскрытия в процессе эксплуатации карьера

Взаимосвязь с указанными факторами может быть представлена зависимостями:

; (19)

при

. (20)

Выражения (19) и (20) являются аналитическим аппаратом корректирования глубины карьера при изменении мощности залежи или изменении углов откосов конечных бортов. В этих зависимостях при определении глубины рассматриваемый фактор выступает как аргумент при постоянных значениях прочих входящих величин.

Учет влияния вскрытия при определении границ карьеров предопределяет совместное рассмотрение большого количества изменяющихся параметров и показателей. По этой причине наряду с аналитическим аппаратом целесообразен номографический метод графического отображения функциональных зависимостей, позволяющий с наименьшими трудозатратами решать проектные задачи.

График составляет левый верхний квадрант номограммы на рис.12. Зависимость представляет собой функцию вида , где ; а – коэффициент,

,

значения – постоянны и соответствуют значениям на рис.9.

Взаимосвязь глубины карьера с углом откоса конечного борта при прочих неизменных условиях, т.е. при постоянном контурном (граничном) коэффициенте и мощности залежи, исследовалась по зависимости (20), где в качестве независимой переменной выступал угол , а значения всех остальных элементов, входящих в выражение, оставались постоянными (М = 43 м;

Рис.12. Номограмма корректирования границ карьера с учетом влияния капитального вскрытия

м³/м³). Угол изменялся в нормативном интервале от 30 до 55° с шагом в один градус. Полученные результаты составили правый верхний квадрант номограммы. Как видно из рис.12, графическая интерпретация взаимосвязи и нелинейна.

Правую нижнюю часть номограммы составляют графики функций , полученные при установлении взаимосвязи относительных показателей карьера с горно-геологическими и технико-технологическими факторами. Ось абсцисс при этом общая с правой верхней частью номограммы, а и откладываются по отрицательной ветви оси ординат. Семейства кривых и отвечают различному сочетанию значений углов откосов противоположных конечных бортов.

В нижнем левом квадранте представлено изменение контурного и среднего коэффициентов вскрыши в зависимости от изменения мощности залежи . Ось абсцисс общая с графиком , ось ординат – с . Таким образом номограмма замкнулась.

Корректность построения и пригодность к использованию номограммы демонстрируется сходимостью исходных данных, объемных, линейных и относительных показателей карьера, оконтуренного на разрезе (см. рис.9) и послужившего базой для теоретических изысканий по учету влияния капитального вскрытия в методах определения границ карьеров. Исходные и расчетные данные по карьеру: мощность залежи М = 43 м; углы откосов бортов = 45°, граничный и контурный коэффициенты м³/м³; расчетная глубина карьера м; глубина карьера с построенным дном м. В соответствии с оконтуренными запасами полезного ископаемого и объемами вмещающих пород средний коэффициент вскрыши м³/м³.

Линия со стрелками, связывающая исходные и расчетные данные по карьеру, является ключом номограммы. При этом следует отметить, что верхняя часть номограммы служит для корректировки глубины открытых работ, а нижние квадранты свидетельствуют об изменении относительных показателей карьера с изменением исходных данных М и b. Кроме того, верхняя часть номограммы свидетельствует об адекватности влияния на глубину карьера мощности залежи и углов откосов конечных бортов в определенных условиях (например, в рассматриваемом случае при одном и том же значении граничного коэффициента м³/м³).

Построение схемы вскрытия (см. рис.9) выположило конечный угол откоса b до значения . В соответствии с изменением значений углов откосов конечных бортов на номограмме определяется новая глубина карьера. На оси абсцисс из точки со значением угла восстанавливается перпендикуляр до кривой . Из точки встречи проводим прямую, параллельную оси абсцисс до оси ординат (Н _у). В точке пересечения считываем новое значение глубины карьера м, при которой, как подтвердили расчеты, восстановилась экономическая целесообразность границ, т.е. при новых объемах и средний коэффициент м³/м³, а контурный м³/м³. Такие же результаты получаем, используя аналитические зависимости (13), (14), (15), (16). Если на номограмме проложить прямую от оси ординат из точки до встречи с графиком , а затем до оси абсцисс, то получим значение мощности М = 38 м с тем же значением глубины карьера. Таким образом, при необходимости можно определить новую глубину по мощности залежи, а следуя обратным ходом, по ключу получить допустимое значение углов откосов бортов в этом случае.

Таким образом, подтвердилась корректность предлагаемой номограммы для корректирования границ карьеров с целью учета влияния капитального вскрытия.

Следует отметить, что при различных значениях углов откосов на конечных противоположных бортах новое значение глубины карьера необходимо определять по зависимости (19).

Для разработки аналитического и номографического аппарата корректирования конечной глубины карьера использовались достаточно выдержанные по горно-геологическим условиям (мощности, углу падения и т.д.) залежи, что может породить сомнения использования их в более сложных условиях. Практика проектирования и научных исследований показала, что для любого крутопадающего месторождения или его частей может быть выделен средний, характерный или построен средневзвешенный разрез (профиль). Для этого профиля (профилей) будут справедливы предложенные зависимости и разработанный метод построения конечного экономически целесообразного контура карьера со схемой вскрытия.

Следует обратить внимание также на весьма важное положение методов определения границ карьеров. После оконтуривания месторождения на поперечных разрезах осуществляют нивелирование дна карьера на продольном профиле месторождения на основе донных отметок поперечных профилей. При этом в результате нивелирования может быть получено общее карьерное дно или несколько участков с различными отметками при наличии существенного различия мощности залежи и, естественно, глубины карьера на поперечных профилях. Таким образом, при нивелировании дна по карьеру в целом или на отдельных участках мы усредняем горизонтальную мощность залежи. Это также является достаточно веским обоснованием корректности применения предлагаемого метода корректирования границ карьера в невыдержанных горно-геологи­ческих условиях строения вытянутого крутопадающего (наклонного) месторождения.

Рекомендации по учету капитального вскрытия при определении границ карьеров могут считаться универсальными, если будут справедливы во всем многообразии форм залегания месторождений (вытянутой, массивной, столбообразной), а также при новых, используемых в проектной практике примерах оконтуривания.

 

1.3. Определение границ карьеров,

отрабатывающих столбообразные залежи

 

1.3.1. Оконтуривание карьеров на месторождениях

столбообразной формы

 

Столбообразная или массивная форма присуща месторождениям железорудным, цветных металлов, химического сырья, строительных горных пород. Карьеры, отрабатывающие такие месторождения, имеют, как правило, округлую форму.

Для карьеров округлой формы в проектной практике используется методика оконтуривания, согласно которой контурный коэффициент вскрыши определяется из выражения

, (21)

где – площадь карьера по поверхности в плане, м²; –горизонтальная площадь полезного ископаемого на глубине , где борта карьера входят в рудную зону, м².

Оконтуривание сводится к отысканию методом вариантов такой глубины Н ₀, где контурный коэффициент, определяемый из выражения (21), равен граничному коэффициенту вскрыши. Затем без разноса бортов производится углубление карьера под углами устойчивости b до некоторой глубины Н _к, на которой обеспечиваются минимальные линейные размеры дна. Эта глубина и принимается в качестве конечной глубины карьера. Затем в проектной практике приступают к поуступному оформлению бортов, трассированию схемы капитального вскрытия и ее построению на плане карьера на конец отработки. Однако при этом, как и в случае вытянутых залежей, не учитывается отрицательное влияние капитального вскрытия на конечные контуры.