§ 77. Возможность открыто-подземной разработки

Граничный коэффициент вскрыши. При выборе способа разработки в зави­симости от условий залегания, мощности залежи, полезного ископаемого и нале­гающих пород в проектной практике могут встретиться несколько случаев:

1. Целесообразность разработки всего месторождения открытым способом очевидна (например, маломощные залежи на небольшой глубине от поверхности);

2. Целесообразность разработки всего месторождения подземным способом очевидна (например, маломощные залежи на большой глубине от поверхности).

3. Разработка всего месторождения возможна открытым или подземным спо­собом (например, мощные залежи при большой глубине залегания).

4. Возможна комбинированная разработка месторождения: верхняя часть, как правило, разрабатывается открытым способом, а глубинная — подземным (например, крутопадающие залежи, выходящие близко к поверхности и рас­пространяющиеся на большую глубину, а также горизонтальные и пологие за­лежи, покрытые небольшой толщей наносов в долине и мощной толщей пород в нагорной части).

В первом, втором и третьем случаях вопрос о разграничении способов раз­работки отсутствует.

Однако при оконтуривании карьерных полей (и участков) для первого и третьего случаев необходимо определить граничные коэффициенты вскрыши.

В четвертом случае должны быть установлены границы между открытыми и под­земными работами.

Существует несколько методов определения граничного коэффициента вскрыши:

I. Из условия равенства неизменной с глубиной разработки себестоимости полезного ископаемого при открытом и подземном способах:

(IV.21)

где - граничный коэффициент вскрыши, м³/м³; - себестоимость полезного ископаемого при подземном способе, руб/м³; - себестоимость по­лезного ископаемого при открытом способе без учета затрат на производство вскрышных работ, руб/м³; — затраты на производство вскрышных работ, руб/м³.

Формула применима в простых условиях и для ориентировочных расчетов.

II.Из условия равенства изменяющейся с глубиной разработки себестоимости полезного ископаемого при открытом способе и неизменной себестоимости полезного ископаемого при подземном способе.

3. Из условия равенства суммарных эксплуатационных затрат на добычу полезного ископаемого открытым и подземным способами и его переработку.

4. Из условия равенства удельной прибыли при разработке месторождения открытым и подземным способами:

(IV.22)

где — отпускная цена полезного ископаемого, руб/м³; — коэф­фициент разубоживания полезного ископаемого соответственно при открытом и подземном способах разработки; — коэффициент извлечения полезного ископаемого соответственно при открытом и подземном способах разработки.

V. Из условия равенства неизменных с глубиной открытой разработки удельных суммарных эксплуатационных затрат на добычу и переработку полезного ископаемого и суммарной ценности извлекаемых из него компонентов (или ценности сравниваемого с ним полезного ископаемого).

VI. Из условия равенства удельных приведенных затрат (изменяющихся с глубиной горных работ) при разработке месторождения открытым и подземным способами:

, (IV.23)

где С_п.пос — неизменные с глубиной разработки затраты (затраты на дробление, погрузку и др.) на добычу полезного ископаемого подземным способом, руб/м³; Сп. пер — затраты на водоотлив, вентиляцию и доставку полезного ископаемого из шахты на обогатительную фабрику, руб/м³; Е_н — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; С_о.пос , С_{в. пос} — неизменные с глу­биной разработки затраты (затраты на рыхление, экскавацию, отвалообразование и др.), приходящиеся соответственно на единицу полезного ископаемого и вскрыши, руб/м³; С_{тр. и} — затраты на транспортирование полезного ископаемого, проветривание карьера и водоотлив, приходящиеся на единицу полезного иско­паемого, руб/м³; С_{тр. в} — затраты на транспортирование вскрышных пород в отвалы, зависящие от глубины карьера и применяемого вида карьерного транс­порта, руб/м³; К_под— капитальные затраты, приходящиеся на единицу годовой производственной мощности шахты по полезному ископаемому, руб/м³; К_от — удельные капитальные затраты на добычные работы при открытом способе раз­работки, руб/м³; К_вск — удельные капитальные затраты на вскрышные работы, руб/м³.

Если потери и разубоживание полезного ископаемого при открытом и под­земном способах разработки могут существенно отличаться между собой, то

(IV.24)

Для случаев, когда стоимостные показатели могут быть приняты независя­щими от глубины разработки, а потери и разубоживание полезного ископаемого при открытом и подземном способах разработки отличаются между собой не­значительно

(IV.25)

где К_под, К_от, К_вск - капитальные вложения соответственно в подземный и открытый способы разработки (без капитальных вложений на вскрышные работы) и капитальные вложения на вскрышные работы.

VII. Из условия равенства удельных приведенных затрат на разработку месторождения открытым способом и замыкающих затрат на добываемое полез­ное ископаемое

(IV.26)

Формулой следует пользоваться при рассмотрении целесообразности доработки месторождений открытым способом или вариантов" разработки месторождений с разной ценностью полезного ископаемого.

В результате выполненного анализа влияния на граничный коэффициент вскрыши различных технико-экономических показателей открытых и подземных работ получена обобщающая формула

(IV.27)

где — выход концентрата при переработке полезного ископаемого, добытого открытым способом, %; — выход концентрата при переработке полезного ископаемого, добытого подземным способом, %; — затраты на обогащение полезного ископаемого, добытого соответственно подзем­ным и открытым способами, руб/м³; , — удельные капитальные затраты на обогащение полезного ископаемого, добытого соответственно подзем­ным и открытым способами, руб/м³; — плата за землю, приходящаяся на 1 м³ полезного ископаемого, соответственно при производстве открытых и подземных горных работ, руб.; С_р. _п, Ср. о — удельные приведенные затраты (на 1 м³ полезного ископаемого) на рекультивацию нарушенной поверхности соответственно при производстве подземных и открытых горных работ, руб.

Глубина карьера в простых природных условиях. Для однородных месторождений полезных ископаемых пластообразной формы с относительно большим размером по простиранию и выдержанными элементами залегания поверхность карьерного поля может быть принята ровной, а отметки дна карьера могут быть одинаковыми. В условиях значительной мощности наносов учитывается разница в затратах на разработку коренных пород и наносов через величину граничного коэффициента вскрыши.

Глубина карьера определяется аналитическим методом:

(IV.28)

где H_к — глубина карьера, м; К_из =0,96-0,97 - коэффициент извлечения руды из слоя; К_гр — граничный коэффициент вскрыши, м³/м³; М_г — горизонталь­ная мощность залежи, м; - угол откоса борта карьера соответственно со стороны висячего и лежачего боков залежи, градусы; С_в — затраты на раз­работку коренных пород, руб/м³; С_н - затраты на разработку наносов, руб/м³; — мощность наносов, м.

Упрощенная формула (без учета разницы в затратах на разработку коренных пород и наносов):

(IV.29)

При разработке наклонных и крутых залежей возможна выемка полезного ископаемого ниже установленной границы карьера без разноса его бортов. В этом случае глубина карьера

(IV.30)

где В_дн — возможная минимальная ширина дна карьера, м.

Приведенными выше формулами для определения конечной глубины карьера можно пользоваться только при вытянутых по простиранию залежах с относи­тельно небольшой глубиной залегания, так как эти формулы не учитывают объемы вскрыши от разноса торцовых бортов карьера. Для относительно коротких зале­жей в условиях равнинной местности необходимо учитывать разнос торцовых бортов карьера по формуле

(IV.31)

где а = ∑l_x ctg α_х; b = π ctg² α_ср; l_x — длина участка борта карьера (по дну), м; α_х — угол откоса борта данного участка, градусы; α_ср — усредненный угол откоса бортов карьера, градусы; Sи — площадь полезного ископаемого по дну карьера, м²; S_д— площадь дна карьера, м².

Для крутых и наклонных залежей, когда углы откосов бортов карьера незначительно отличаются друг от друга, можно использовать усредненный угол откоса бортов карьера, определяемый по формуле

(IV.32)

Тогда

(IV.33)

где P — периметр дна карьера, м.

Преимущество аналитических методов — простота и быстрое решение задачи.

Глубина карьера о сложных природных условиях. При определении глубины карьера в сложных природных условиях широкое применение имеют метод ва­риантов и графоаналитические методы. Для определения границ карьера методом вариантов поперечные геологические размеры по глубине разделяют на горизонты высотой, равной или кратной высоте рабочих уступов. Выбирается несколько вероятных вариантов глубины карьера (2—4 — при ручном счете и 5—10 — при машинном) и соответствующих им контуров карьеров. Подробный технико-экономический анализ этих вариантов позволяет выявить наиболее эффективный вариант, соответствующий глубине Н_э карьера [93].

Отработка запасов одного месторождения открытым и подземным способами по взаимосвязанным технологическим схемам устанавливается в вертикальной и горизонтальной плоскостях, в их комбинациях и увязывается во времени.