Оптимизация параметров технологических комплексов рудных карьеров
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 188
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-7638-4175-6
Артикул: 765772.01.99
Исследованы параметры технологических комплексов рудных карьеров при современном развитии горных работ на удаленных северных территориях: приведена классификация относительной трудности открытой разработки месторождений: выполнен обзор рынка карьерной техники, систематизировано горное оборудование для северных месторождений России, оценено влияние климатических факторов на показатели эффективности его эксплуатации: разработана методика оптимизации параметров карьеров и горно-транспортного оборудования: обоснованы показатели концентрации горных работ и оборудования в рабочей зоне глубоких карьеров: предложены технологические схемы производства горных работ: на примере самого крупного в России карьера Восточный по разработке Олимпиадинского золоторудного месторождения представлена апробация полученных результатов. Предназначена для научных работников, специалистов проектных институтов горного профиля, инженерно-технических работников горнодобывающих предприятий, аспирантов и студентов горных вузов.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Исследованы параметры технологических комплексов рудных карье ров при современном развитии горных работ на удаленных северных территориях; приведена классификация относительной трудности от крытой разработки месторождений; выполнен обзор рынка карьер ной техники, систематизировано горное оборудование для северных месторождений России, оценено влияние климатических факторов на показатели эффективности его эксплуатации; разработана методика оптимизации параметров карьеров и горно-транспортного оборудова ния; обоснованы показатели концентрации горных работ и оборудова ния в рабочей зоне глубоких карьеров; предложены технологические схемы производства горных работ; на примере самого крупного в Рос сии карьера Восточный по разработке Олимпиадинского золоторудно го месторождения представлена апробация полученных результатов. Д.В. Кузнецов, А.И. Косолапов ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ РУДНЫХ КАРЬЕРОВ
Оглавление 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет Д.В. Кузнецов, А.И. Косолапов ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ РУДНЫХ КАРЬЕРОВ Монография Красноярск СФУ 2020
Оглавление
2
УДК 622.06
ББК 33.33
К891
Р е ц е н з е н т ы:
Б.Л. Тальгамер, доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых Иркутского
национального исследовательского технического университета;
С.И. Протасов, кандидат технических наук, профессор кафедры открытых горных работ Кузбасского государственного технического университета, директор Новационной фирмы «КУЗБАСС-НИИОГР»
Кузнецов, Д.В.
К891
Оптимизация параметров технологических комплексов рудных
карьеров : монография / Д.В. Кузнецов, А.И. Косолапов. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2020. – 188 с.
ISBN 978-5-7638-4175-6
Исследованы параметры технологических комплексов рудных карьеров
при современном развитии горных работ на удаленных северных территориях;
приведена классификация относительной трудности открытой разработки месторождений; выполнен обзор рынка карьерной техники, систематизировано
горное оборудование для северных месторождений России, оценено влияние
климатических факторов на показатели эффективности его эксплуатации; разработана методика оптимизации параметров карьеров и горно-транспортного оборудования; обоснованы показатели концентрации горных работ и оборудования
в рабочей зоне глубоких карьеров; предложены технологические схемы производства горных работ; на примере самого крупного в России карьера Восточный
по разработке Олимпиадинского золоторудного месторождения представлена
апробация полученных результатов.
Предназначена для научных работников, специалистов проектных институтов горного профиля, инженерно-технических работников горнодобывающих
предприятий, аспирантов и студентов горных вузов.
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 622.06
ББК 33.33
ISBN 978-5-7638-4175-6 © Сибирский федеральный
университет, 2020
Оглавление
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................... 5
Г л а в а 1. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО
СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ...................................................................... 7
1.1. Анализ современного состояния технологии
открытой разработки рудных месторождений .............................. 7
1.2. Обзор вариантов комплексов
горно-транспортного оборудования
для разработки рудных месторождений ....................................... 11
1.3. Современное состояние исследований
и проектной практики разработки
рудных месторождений ................................................................. 16
1.4. Характеристика глубоких рудных карьеров.
Обоснование объекта исследований ............................................ 19
1.5. Требования национального стандарта РФ
«Разработка алмазорудных месторождений
открытым способом в криолитозоне» .......................................... 26
Г л а в а 2. ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПО ТРУДНОСТИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ .............................. 42
2.1. Методология относительной оценки трудности
открытой разработки рудных месторождений ............................ 42
2.2. Энергетическая теория расчета технологии
открытых горных работ ................................................................. 43
2.3. Обоснование показателя относительной трудности
открытой разработки месторождений .......................................... 55
2.4. Исследование изменчивости
прочностных свойств пород
в пространстве месторождения ..................................................... 58
Г л а в а 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
ГОРНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ .............................. 64
3.1. Понятие «суровые климатические условия разработки
месторождений открытым способом» .......................................... 64
3.2. Оценка влияния климатических условий
на надежность работы горно-транспортного оборудования ...... 69
Оглавление
4
3.3. Исследования временной динамики производительности
горно-транспортного оборудования
в суровых климатических условиях ........................................... 73
Г л а в а 4. МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА
И ГОРНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ......................... 84
4.1. Анализ факторов, влияющих на выбор
горно-транспортного оборудования ............................................. 84
4.2. Выбор экономического критерия
для обоснования комплекса горного оборудования .................... 86
4.3. Обоснование экономического критерия
для определения рациональной глубины рудного карьера ........ 94
4.4. Оценка целесообразности перехода
на новые комплексы оборудования
при доработке глубокого карьера ............................................... 101
4.5. Методика обоснования техники и технологии
для разработки рудных месторождений .................................... 106
Г л а в а 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ......................................................... 109
5.2. Факторы, оказывающие влияние на технологию
открытой разработки рудных месторождений .......................... 109
5.2. Технологический комплекс
и горно-техническая система карьера ........................................ 114
5.3. Обоснование концентрации оборудования и ее временной
динамики при разработке рудных месторождений .................. 118
5.4. Технологические схемы производства горных работ ............... 124
Г л а в а 6. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ
ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КАРЬЕРА
ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ОЛИМПИАДИНСКОГО
ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ...................................... 134
6.1. Состав золоторудного карьера Восточный
как технологического комплекса
и горно-технической системы .................................................. 134
6.2. Технология и комплексная механизация горных работ
в границах четвертой очереди карьера Восточный ............... 136
6.3. Выбор технологического автотранспорта .............................. 162
6.4. Перспективные решения для доработки
Олимпиадинского месторождения........................................... 165
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 176
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................................... 179
Введение 5 ВВЕДЕНИЕ Анализ масштабов открытых разработок и объемов потребления основных видов твердых полезных ископаемых свидетельствует о постоянном росте и смещении горных работ на большую глубину и удаленные северные территории. В Якутии и на севере Красноярского края глубина карьеров по добыче алмазов и золота в настоящее время достигла 500–600 м. При этом за последние 15–20 лет годовая производительность по горной массе увеличилась более чем в 2 раза, а мощность оборудования возросла в 1,5–2 раза. Технический прогресс, связанный с увеличением мощности, производительности, энерговооруженности горных машин, позволил расширить экономически целесообразную область применения открытого способа разработки и в то же время усложнил технологию ведения работ. С увеличением глубины карьеров возросли высота и дальность перемещения горной массы, резко сократились размеры рабочей зоны и рабочих площадок и, как следствие, существенно снизились показатели использования горнотранспортного оборудования. В совокупности эти факторы определили необходимость в постоянном поиске наилучшего варианта соотношения параметров карьеров с параметрами горно-транспортного оборудования и выдвинули важную научную проблему формирования технологических комплексов открытых горных работ на рудных месторождениях. Для проектирования открытых горных работ и их рационального выполнения на современном этапе с учетом экономики горного производства в первую очередь необходимо установить и дополнить взаимосвязи между физико-техническими характеристиками разрабатываемых горных пород и условиями их залегания, с одной стороны, видами и параметрами потребного оборудования, технологией и организацией производственных процессов – с другой. В данной монографии исследованы: состояние технологии и особенности ведения горных работ в условиях наиболее характерных глубоких карьеров Севера; относительная трудность открытой разработки месторождений; рынок карьерной техники и конкурентные варианты основного горного оборудования для северных месторождений России; влияние климатических факторов на показатели эффективности эксплуатации совре
Введение 6 менного горного оборудования; методика обоснования параметров карьеров и горно-транспортного оборудования; рациональная концентрация оборудования в рабочей зоне глубоких карьеров и технологические схемы производства горных работ; параметры оборудования и карьера Восточный для разработки Олимпиадинского золоторудного месторождения.
1.1. Анализ современного состояния технологии открытой разработки рудных месторождений 7 Г л а в а 1 ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 1.1. Анализ современного состояния технологии открытой разработки рудных месторождений Генеральное развитие горных работ и сырьевой базы в России связано с освоением территорий Сибири, Дальнего Востока и малоосвоенных районов Севера. По данным ЦНИГРИ, более 3/4 перспективных минеральных объектов, переданных для геологического изучения и лицензирования, расположены восточнее Уральского хребта: в Уральском, Сибирском и Дальневосточном федеральном округах (соответственно 12,4; 45,0 и 18,4 % всех объектов в России) [1, 2]. Ведение открытых горных работ в этих районах будет осложнено рядом природных и технологических факторов и основано на преимущественном применении цикличной технологии с новыми и совершенными комплексами оборудования [1]. На основании данных НТЦ «Горное дело», прослеженных по материалам научно-технических конференций и публикаций [2, 3], приведена динамика закупки количества экскаваторов, а также средней вместимости их ковша (рис. 1.1). Установлено, что в ближайшее десятилетие на отечественных горнодобывающих предприятиях с открытым способом разработки будет происходить техническое перевооружение. При этом наступит очередной технический этап, который сменит текущий, начавшийся во второй половине 90-х гг. прошлого столетия. Усовершенствованная карьерная техника и непрерывный ввод ее в эксплуатацию призваны обеспечить увеличение объемов открытых горных работ к 2030 г. в 1,5–1,6 раза [2, 3, 4]. В настоящее время накоплен довольно большой опыт разработки рудных месторождений. Обобщенный анализ позволяет сделать вывод, что в условиях Севера он преимущественно соответствует крупным карьерам с углубочной системой разработки. В границах карьеров здесь выделяют промежуточные этапы и формируют временно нерабочие борта при интенсивном перемещении рабочей зоны в пространстве и времени, увеличении расстояния транспортирования и ухудшении показателей разработки с глубиной. Причем для этого применяют самые современные высокопроизводительные горно-транспортные комплексы, основанные на буровых
Г л а в а 1. Особенности современного состояния вопроса 8 станках, экскаваторах, автосамосвалах и бульдозерах. Одним из характерных примеров ведения открытых горных работ в таких условиях является карьер Восточный по разработке Олимпиадинского золоторудного месторождения (рис. 1.2). Рис. 1.1. Динамика закупки экскаваторов в России и странах СНГ с прогнозом до 2030 г. Выполненный обзор карьеров по разработке рудных месторождений свидетельствует о том, что большинство наиболее перспективных из них расположено в северных регионах России, Канады, США, Швеции. Здесь, как правило, добывают алмазы, золото и прочие ценные полезные ископаемые с использованием цикличной технологии, основанной на буровых и экскаваторно-автомобильных комплексах. Характерными примерами являются: Дьявик, Екати, Форт Нокс, Айтик, Удачный, Юбилейный, Мир, Айхал, Восточный, Благодатный, Купол и др. Глубина карьеров достигает 650 м и в результате интенсивного развития открытых работ постоянно растет [1].
1.1. Анализ современного состояния технологии открытой разработки рудных месторождений 9 Некоторые параметры отечественных и зарубежных рудных карьеров, разрабатываемых в суровых климатических условиях Севера, приведены в табл. 1.1. Рис. 1.2. Вид золоторудного карьера Восточный Олимпиадинского ГОКа Таблица 1.1 Параметры рудных карьеров [1] Карьер Местонахождение Год ввода в эксплуатацию Глубина, м Размеры по поверхности, м Углы откосов бортов, град Айтик Швеция 1968 430 3 000×1 200 51 Кумтор Кыргызская Республика 1997 650 2 000×1 000 36-45 Дьявик Канада 2003 515 1 200×1 100 н.д Гуннар Канада 1954 100 300×240 55 Мир Россия, Якутия 1956 525 1 200×1 100 48-50 Айхал Россия, Якутия 1961 380 1 000×550 49-50 Интернациональный Россия, Якутия 1970 285 620×560 45-46 Удачный Россия, Якутия 1971 610 2 000×1 800 30-39 Сытыканский Россия, Якутия 1979 435 900×720 52-54 Юбилейный Россия, Якутия 1984 500 2 000×1 260 43-48 Нюрбинский Россия, Якутия 2000 305 910×1 100 37-42
Г л а в а 1. Особенности современного состояния вопроса 10 Окончание табл. 1.1 Карьер Местонахождение Год ввода в эксплуатацию Глубина, м Размеры по поверхности, м Углы откосов бортов, град Зарница Россия, Якутия 2000 200 870×800 42-48 Дачный Россия, Якутия 2001 140 300×300 40-44 Комсомольский Россия, Якутия 2002 340 600×580 49-50 Сорский Россия, Хакасия 1949 410 920×1 080 40-45 Горевский Россия, Красноярский край 2000 130 1 200×750 28-45 Восточный Россия, Красноярский край 1980 570 1 700×1 600 41-45 Олений Россия, Красноярский край 2005 80 700×170 33-40 Титимухта Россия, Красноярский край 2009 260 1 200×1 000 41-44 Благодатный Россия, Красноярский край 2010 200 3 050×1 100 41-45 Голец Высочайший Россия, Иркутская область 2001 140 2 100×750 45-51 Вернинский Россия, Иркутская область 2010 140 760×610 25-39 Купол Россия, Чукотский автономный округ 2007 100 1 500×200 н.д При этом с начала разработки современных карьеров в рассматриваемых условиях автомобильный транспорт был единственным технологическим транспортом, обеспечивающим эффективность открытых горных работ. Это обусловлено его мобильностью, высокой надежностью работы и возможностью быстрого ввода в эксплуатацию [5-9]. Результаты исследований и технико-экономических расчетов в компаниях «АЛРОСА» и «ПОЛЮС» свидетельствуют о том, что использование видов транспорта, альтернативных автомобильному, затруднено множеством причин. Среди них основными следует считать большую глубину карьеров, низкую температуру окружающей среды и высокую первоначальную стоимость, которая за время существования карьеров не является окупаемой [1, 8, 10]. Анализ открытых горных работ на рудных месторождениях показывает, что в настоящее время на различных континентах и в регионах существует множество карьеров. Активное расширение их границ и разработка новых месторождений – перспектива ближайшего будущего. Для ее достижения создано множество современных вариантов комплексов горно-транспортного оборудования. Выбор рационального варианта сочетания оборудования во взаимосвязи с технологией открытых горных работ определит эффективность разработки месторождений. Вместе с тем существующие решения и подходы по данному вопросу соответствуют, как правило, предыдущему этапу технического перевооружения карьеров и требуют системного дополнения [1].
1.2. Обзор вариантов комплексов горно-транспортного оборудования для разработки рудных месторождений 11 1.2. Обзор вариантов комплексов горно-транспортного оборудования для разработки рудных месторождений В настоящее время при постоянном ухудшении условий разработки месторождений и смещении вектора открытых горных работ в районы с суровым климатом на горнодобывающих предприятиях России происходит новый этап технического перевооружения. Причем совершенствование карьерного оборудования осуществляется как по мощности, так и по типам. Наряду с мощными гидравлическими экскаваторами ведущих мировых фирм Komatsu, Caterpillar, Hitachi, Liebherr на отечественных карьерах и разрезах применяют зарубежные электромеханические экскаваторы P&H 2300XPC, P&H 2800XPC, P&H 4100XPC, Bucyrus (Caterpillar) 495НD с вместимостью ковша 25 м3, 32 м3, 57 м3, 42 м3, соответственно. Крупнейший производитель карьерных экскаваторов в России ООО «ИЗ-КАРТЭКС», учитывая современные потребности рынка горного оборудования, реализует стратегию производства новой линейки экскаваторов ЭКГ-12К, ЭКГ-18Р (20К), ЭКГ-32Р (35К), ЭКГ-50, а на Белорусском автомобильном заводе выпущен самый большой в мире автосамосвал грузоподъемностью 450 т [1]. В п. 1.1 рассмотрены особенности современного рынка карьерной техники и выделены конкурентные варианты горно-транспортного оборудования для разработки рудных месторождений, а также основные производители бурового, выемочно-погрузочного, транспортного и бульдозерного оборудования для открытых горных работ (табл. 1.2). Данные таблицы подтверждают одну из главных тенденций развития мирового рынка карьерной техники – сосредоточение производства среди крупных объединенных машиностроительных компаний, что позволяет усовершенствовать и оптимизировать научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, производственные процессы, логистику и маркетинг, снизить издержки для изготовления оборудования нового поколения. Наиболее же значимым из данных объединений в последнее время следует считать приобретение компанией Caterpillar всемирно известного производителя карьерной техники Bucyrus в 2011 г. [1, 11, 12]. Прочими поставщиками горного оборудования на мировой рынок являются различные компании США, Германии, Великобритании, Австралии, Бразилии, ЮАР [13–15]. При этом географически основные заводы таких компаний, как Liebherr, Sadnvik, Atlas Copco, находятся в Европе, Caterpillar – в США, Hitachi и Komatsu – в Японии, а заводы, обеспечивающие увеличение производственных мощностей, – в развивающихся странах. Причем расширение гео