Обоснование технологии экскаваторной разработки обводненных месторождений

Приведены результаты исследований динамики водопритока на обводненных месторождениях твердых ископаемых, технологических параметров разработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых  
с применением выемочно-погрузочного оборудования  
на понтоне. Описаны предлагаемые технологические схемы разработки обводненных месторождений твердых  
ископаемых.

А.А. Гузеев
В.Е. Кисляков 
Р.З. Нафиков

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ 
ЭКСКАВАТОРНОЙ РАЗРАБОТКИ 
ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
А.А. Гузеев  
В.Е. Кисляков  
Р.З. Нафиков 
 
 
 
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ  
ЭКСКАВАТОРНОЙ РАЗРАБОТКИ  
ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2017

 

 

УДК 622.253 
ББК 33.25 
Г937 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
В.М. Чустугешев, кандидат технических наук, зам. главного 
инженера проект-менеджера ООО «Полюс Проект»; 
Г.Г. Крушенко, доктор технических наук, профессор, главный 
научный сотрудник Института вычислительного центра Федерального исследовательского центра КНЦ СО РАН 
 
 
Гузеев, А.А. 
Г937  
Обоснование 
технологии 
экскаваторной 
разработки  
обводненных месторождений : монография / А.А. Гузеев,  
В.Е. Кисляков, Р.З. Нафиков. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 
2017. – 164 с. 
 
ISBN 978-5-7638-3784-1 
 
 
Приведены результаты исследований динамики водопритока на обводненных месторождениях твердых ископаемых, технологических параметров разработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых с применением выемочно-погрузочного оборудования на понтоне. 
Описаны предлагаемые технологические схемы разработки обводненных 
месторождений твердых ископаемых. 
Предназначена для научных сотрудников, аспирантов и инженернотехнических работников, специализирующихся в области горного дела. 
Может быть полезна студентам, обучающимся по специальности «Открытые горные работы». 
 
Электронный вариант издания см.:  
УДК 622.253 
http://catalog.sfu-kras.ru  
ББК 33.25 
 
 
ISBN 978-5-7638-3784-1 
 
 
© Сибирский федеральный университет, 2017

 

– 3 – 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
 
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................... 5 

1. СОВРЕМЕННАЯ  ТЕХНИКА  И   ТЕХНОЛОГИИ  ОСВОЕНИЯ  ОБВОДНЕННЫХ  
МЕСТОРОЖДЕНИЙ  ТВЕРДЫХ  ПОЛЕЗНЫХ  ИСКОПАЕМЫХ .................................. 7 

1.1. Технологии подготовки обводненных месторождений к разработке ................... 7 
1.2. Технологии разработки обводненных месторождений ....................................... 12 
1.2.1. Способы выемки горной массы на обводненных месторождениях ......... 12 
1.2.2. Способы транспортирования горной массы  на обводненных 
месторождениях .................................................................................................... 45 

1.3. Влияние залегания горных пород в обводненных условиях   
на их физико-механические свойства .................................................................. 48 

2. ИССЛЕДОВАНИЕ  ДИНАМИКИ  ВОДОПРИТОКА  НА  ОБВОДНЕННЫХ 
МЕСТОРОЖДЕНИЯХ  ТВЕРДЫХ  ПОЛЕЗНЫХ  ИСКОПАЕМЫХ .............................. 56 

2.1. Выявление закономерности динамики водопритока и ее анализ ....................... 56 

2.2. Обоснование режима работы карьерного водоотлива ....................................... 68 

3. ИССЛЕДОВАНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПАРАМЕТРОВ  РАЗРАБОТКИ 
ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ  ТВЕРДЫХ  ПОЛЕЗНЫХ  ИСКОПАЕМЫХ  
С  ПРИМЕНЕНИЕМ  ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНОГО  ОБОРУДОВАНИЯ 
НА  ПОНТОНЕ ............................................................................................................... 73 

3.1. Методика расчета работы, совершаемой механизмами  
подъема ковша при черпании из-под воды ......................................................... 73 

3.2. Наполнение ковша экскаватора  в подводном забое .......................................... 82 

3.3. Сброс воды из перфорированного ковша ............................................................ 86 

3.4. Коэффициент перфорации ковша экскаватора ................................................... 89 

3.5. Методика определения  производительности экскаватора на понтоне  при 
черпании из-под воды ........................................................................................... 97 

3.6. Обоснование критериев выбора  модели экскаватора ....................................... 99 

4. ПРЕДЛАГАЕМЫЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  СХЕМЫ  РАЗРАБОТКИ  ОБВОДНЕННЫХ  
МЕСТОРОЖДЕНИЙ  ТВЕРДЫХ  ПОЛЕЗНЫХ  ИСКОПАЕМЫХ ...............................107 

4.1. Принципиальные технологические схемы выемки горной массы  
на обводненных месторождениях открытым способом .....................................107 

 

– 4 – 

4.2. Технологическая схема отработки обводненных месторождений  
в два подуступа  экскаватором на понтоне.........................................................109 

4.3. Технологическая схема отработки обводненных месторождений   
с локальным регулированием уровня вод ..........................................................121 

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ  ОЦЕНКА  ПРЕДЛАГАЕМОЙ  ТЕХНОЛОГИИ  
В  УСЛОВИЯХ  РОССЫПИ  В  ДОЛИНЕ  РЕКИ  МАМОН .........................................125 

5.1. Технологические параметры при черпании из-под воды ...................................128 
5.1.1. Горные работы при работе черпании из-под воды одним уступом ........128 
5.1.2. Вспомогательные работы при работе черпании  
из-под воды одним уступом .................................................................................129 

5.2. Расчет капитальных затрат на строительство предприятия .............................129 

5.3. Организация труда ...............................................................................................134 

5.4. Расчет себестоимости добычи полезного ископаемого .....................................138 
5.4.1. Вспомогательные материалы ....................................................................138 
5.4.2. Расходы по эксплуатации и содержанию оборудования .........................139 
5.4.3. Цеховые расходы .......................................................................................139 
5.4.4. Калькуляция себестоимости ......................................................................140 

5.5. Эффективность инвестиционного проекта .........................................................141 
5.5.1. Общие положения ......................................................................................142 
5.5.2. Коммерческая эффективность инвестиционного проекта .......................143 
5.5.3. Показатели эффективности инвестиционного проекта ...........................147 

5.6. Оценка качества проекта......................................................................................149 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................................151 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................153 
 
 
 
 
 
 
 

 

– 5 – 

ВВЕДЕНИЕ 

 
 
 
Большинство предприятий, разрабатывающих обводненные  
месторождения полезных ископаемых, несут значительные затраты  
на приобретение и поддержание оборудования для водоотлива, непосредственно водоотлив, возведение и эксплуатацию гидротехнических сооружений, нарушая большие площади земель, необходимые 
для их размещения. Доля перечисленных затрат в себестоимости продукции может достигать до 30–40 %. Например, в 2011 г. на Ковдорском месторождении расход электроэнергии на водоотлив и водопонижение составил около 300 млн кВт·ч – более 50 % от общего энергопотребления по карьеру [1]. Некоторые примеры энергозатрат  
на водоотлив приведены в табл. 1 [2–6]. 
 
Таблица 1 
 
Водопритоки на месторождениях,  
разрабатываемых открытым способом 
 

Месторождение 
Объем водопритока, м3/ч 

Общие затраты 
на водоотлив, 
млн руб/год

Энергозатраты 
на перекачку 
воды, кВт·ч/м3

Карьер «Мир», Якутия
1200
400
4,2

Лебединский железорудный 
карьер KMA
4800 
68,6 
1,2 

Mиргалимсайские 
месторождения, Казахстан
10000 
82,4 
1,4 

Разрез «Восточный», 
Читинская область 
6500–8300 
12,8 
0,74 

Боголюбовское месторождение, 
Красноярский край 
800–1200 
30 
0,2 

Разрез Rheinbraun, Германия
20000
258,7
1,08

Разрез Лучегорский-1, 
Приморский край 
14107 
10,6 
0,8 

 

– 6 – 

По классификации М.В. Сыроватко все, выше приведенные месторождения, относятся к весьма обводненным (объем водопритока 
более 1000 м3/ч). Поэтому обоснование эффективной технологии экскаваторной разработки обводненных месторождений является актуальной задачей. 

 

– 7 – 

1. СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ ОСВОЕНИЯ 
ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ  
ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 

 
 
 
Стратегия социально-экономического развития Красноярского 
края до 2020 г. предусматривает развитие минерально сырьевой базы 
за счет вовлечения в отработку ряда крупных месторождений, сложных по горно-геологическим и гидрогеологическим условиям. На действующих карьерах увеличиваются глубина разработки, нарушенность 
пластов, водообильность пород и коэффициент вскрыши – все это влечет за собой ввод в эксплуатацию дополнительного оборудования. 
Необходимость разработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых является актуальной задачей для горнодобывающей промышленности и входит в перечень критических технологий Российской Федерации [7]. 
 
 
 
1.1. ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ  
ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ К РАЗРАБОТКЕ 
 
 
Современные технологии подготовки обводненных месторождений классифицируются по следующим группам [8–15]: с осушением, комбинированный, без осушения. 
В свою очередь технологии подготовки с осушением подразделяются на следующие: открытые способы водопонижения, закрытые, 
способы пневматического водоудаления, методы уплотнения стенок 
или дна котлована, использование иглофильтров. 
Открытый водоотлив является наиболее простым способом 
борьбы с грунтовыми водами. Этот способ широко применяют в котлованах, сооружаемых в грунтах, которые слабо подвергаются размы

 

– 8 – 

ву в процессе откачки воды (трещиноватые скальные породы, обломочные, галечниковые и гравийные грунты). Открытый водоотлив 
также используется в песчаных грунтах в комбинации с иглофильтрами или глубинными скважинами. Существует несколько методов 
открытого водоотлива. Приведем основные два: водоотлив осуществляется посредствам отдельно расположенных друг от друга зумпфов; 
водоотлив осуществляется при помощи заранее смонтированных 
зумпфов, соединенных между собой дренажными канавами [16]. 
Закрытые способы водопонижения в свою очередь разделяются 
на гравитационное, вакуумное, электроосмотическое водоудаление. 
Установки для гравитационного понижения уровня грунтовой 
воды – это система, в состав которой входят водоприемные колодцы  
и водоотводящая система труб. Движение грунтовой воды обеспечивается за счет работы насосов с различными типами приводов, которые располагаются либо в водоприемных колодцах ниже уровня 
грунтовой воды, либо выше, но до места присоединения подающих 
труб к отводящей системе. В месте присоединения устанавливаются 
центробежные, клапанные или мембранные насосы.  
Существует несколько типов водоприемных колодцев: плоские 
колодцы, глубокие и неглубокие колодцы, иглофильтры, горизонтально-фильтрующие колодцы. 
По сравнению с колодцами неглубокого заложения колодцы 
глубокого заложения имеют несколько преимуществ: 
– значительно меньший объем работ по выемке грунта; 
– меньшая площадь для их размещения; 
– меньшее число необходимых колодцев; 
– бόльшая надежность в работе, что связано с независимостью 
от состояния всей системы, как это имеет место в колодцах неглубокого заложения; 
– возможность постепенного расширения системы без остановки 
работы уже подключенных колодцев; 
– отсутствие трудностей при эксплуатации насосов из-за разрежения во всасывающих линиях насосов [16]. 
Удаление грунтовой воды вакуумированием применяется в мелкозернистых песках в тех случаях, когда по техническим и техноло

 

– 9 – 

гическим причинам гравитационный способ не может обеспечить  
необходимого уровня водопонижения.  
Способ вакуумного водопонижения может быть реализован за 
счет использования: 
– глубоких вакуумных скважин-колодцев с применением 
эжекторов; 
– глубоких вакуумных скважин-колодцев с применением насосов, расположенных под водой или работающих при пониженном 
давлении [16]. 
Электроосмотический способ водопонижения применяется для 
илистых, мелкозернистых и среднезернистых грунтов, обладающих 
небольшой пластичностью, электрохимические изменения которых  
не превышают 15–20 %. Эти грунты ведут себя аналогично грунтам  
с большим содержанием илистых частиц, расположенных к образованию плывуна, но не могут быть осушены методом вакуумного водопонижения. 
Использование электроосушения требует соблюдения соответствующих правил по технике безопасности [16]. 
При применении пневматического способа водопонижения 
грунтовая или фильтрационная вода удаляется путем создания в порах грунта избыточного давления, что приводит к более интенсивному водоотделению. Образование этого избыточного давления возможно в замкнутой системе. Водопонижение сжатым воздухом, называемое также пневматическим отжатием воды, может применяться 
как для вертикального, так и горизонтального отжатия воды вокруг 
котлованов [16]. 
Метод защиты выработок от грунтовых вод, основанный на 
снижении водопроницаемости уплотнённых грунтов, является наиболее простым в техническом и экономическом плане способом. Для его 
осуществления используются катки на пневматических шинах, кулачковые катки, виброкатки, трамбующие и вибротрамбующие машины. 
Иглофильтры применяются тогда, когда проектная отметка дна 
котлована находится не ниже 7 метров. В противном случае необходим выбор другого способа водопонижения, например глубинными 
скважинами. В грунтах с высоким коэффициентом фильтрации