книги из ГПНТБ / Хохряков, В. С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых учебник

После прохождения экспертизы технический проект в; зависиь "мостп от сметной стоимости строительства утверждается в респу­ бликанских пли союзных министерствах и ведомствах или в Совете Министров союзных республик пли СССР*

§ 2. Методы решения задач при проектирования

Проектирование карьеров — это творческий процесс, состоящий в основном пз решения различных технических, экономических п технико-экономических задач.

Наиболее сложными являются технико-экономические задачи. Отлпчптельная пх особенность — множественность возможных ре­ шений, все из которых отвечают техническим или технологическим требованиям заданных условий, но различаются по экономическим результатам. В связи с этим возникает необходимость подвергнуть экономической оценке варианты и принять такое решение, которое является наплучшпм — оптимальным для данных условий.

К числу важнейших технико-экономических задач, часто реша­ емых в практике исследования, проектирования и планирования открытых горных работ, можно отнести определение границ карьера, его цроизводственной мощности, технико-экономическое сравнение способов валовой п раздельной разработки сложных руд, выбор способа вскрытия, порядка п интенсивности отработки залежей, обоснование рационального режима горных работ п календарного графика вскрышных работ, выбор рационального вида карьерного транспорта, способа отвалообразованпя и т. п. Задачи эти решаются различными методами технпко-экономического анализа.

Технико-экономический анализ — это совокупность методов ко­ личественной оценки факторов и параметров, определяющих иско­ мый результат решения задачи. Количественная оценка позволяет измерять и, следовательно, сопоставлять определяющие факторы и параметры посредством принятых технических и экономических показателей. В качестве таких показателей используются величина денежных затрат или прибыли за определенный период времени, величина капиталовложений, себестоимость продукции, произво­ дительность труда, расход энергии, металла, взрывчатых веществ и т. п.

Количественная оценка наиболее точна и объективна, так как может быть осуществлена совокупным однозначным измерителем, выраженным в виде числа, Важное достоинство количественной оценки состоит также в возможности использования вычислительных машин для решения задачи.

Однако при решении многих задач открытой разработки бывает трудно, а иногда практически невозможно дать количественную оценку всем основным факторам. Большинство технико-экономи­

234

висимостей в некоторых случаях возникает необходимость, помимо количественной, использовать также качественную оценку, т. е. учитывать форму и степень влияния тех или иных факторов путем логических суждений.

К числу факторов, оцениваемых качественно, относятся, на­ пример, безопасность работ, требование наименьших потерь, тре­ бования санитарных норм, противопожарных норм и другие. Тот или иной вариант сравниваемых схем разработки может оказаться, например, наилучшим по технико-экономическим показателям, но должен быть отвергнут, если условия безопасности работ при нем хуже, чем при других, вариантах.

Таким образом, для правильного решения задачи необходимо учитывать в совокупности количественные и качественные зависи­ мости, опираясь при этом на передовой опыт и новейшие достижения науки и техники.

Основными методами технико-экономического анализа, исполь­ зуемыми при решении задач открытой разработки, являются: метод вариантов, аналитический метод, графический и их комбинация, а также группа новых вычислительных методов математического программирования (линейного и динамического программирования, вероятностно-статистические методы и др.).

Наиболее распространен в практике проектирования горных ^ предприятий метод вариантов. Сущность его заключается в том, что из числа технически возможных и экономически наиболее ве­ роятных вариантов решения задачи принимают тот, технико-эко­ номические показатели которого, полученные в результате расчета, оказываются наилучшими.

Несмотря на простоту метода, при его применении необходимо соблюдать следующие правила:

1. Выбор вариантов для экономического сравнения должен основываться на тщательном анализе условий задачи, т. е. на изу­ чении технической стороны задачи с тем, чтобы для детального расчета были приняты действительно технически возможные ва­ рианты. I

2.Для детального расчета должно приниматься минимальное, но достаточное число вариантов. Это требование обусловлено тем, что чем больше вариантов, тем выше точность, но вместе с тем и боль­ ше трудоемкость решения задачи.

3.Исходные данные и, прежде всего, соответствие их условиям задачи должны бьи^ь подвергнуты тщательному анализу. Исходные данные, особенно экономические показатели, цены, нормативы расхода материалов и т. п., должны относиться к одному моменту времени. В противном случае они несопоставимы, так как технико­ экономические показатели систематически изменяются под влиянием технического прогресса.

4.Особое внимание должно быть обращено на выбор экономи­ ческого критерия, от которого зависит правильность и трудоемкость решения задачи.

235

5. При расчетах затрат и доходов должны учитываться лишь существенные расходы и поступления.

6. Оценка и сопоставление вариантов должны производиться по абсолютной величине показателя, принятого в качестве эконо­ мического критерия, и по его относительной величине — в процен­ тах по отношению к меньшему показателю.

В практике проектирования принято считать варианты равно­ ценными, если разница в расходах составляет не более 10%. В этом случае предпочтение отдается тому из них, который более удобен в организационном отношении или технически более надежен.

Аналитический метод заключается в том, что путем технико­ экономического анализа задача решается в общем виде, т. е. со­ здается расчетная формула, а в конкретных условиях искомое неизвестное находится подстановкой в формулу исходных числовых значений. Обычно в горном деле под аналитическим методом пони­ мают нахождение оптимальных значений искомой величины путем использования математического анализа, а именно метода «макси-

. мума — минимума».

К основным достоинствам >аналитического метода можно от­ нести малую трудоемкость и быстроту решения задачи при наличии формулы, а также наглядное математическое выражение осповных зависимостей, позволяющих установить степень влияния того или иного фактора.

Основными недостатками метода являются однозначность ре­ шения, затрудняющая качественную оценку результатов и сравнение с другими возможными вариантами, сравнительно невысокая точ­ ность, приближенность решения, являющаяся следствием упрощения сложных горно-геологических и технико-экономических условий.

В практике проектирования и исследования аналитический метод обычно применяют для анализа взаимосвязей и оценки раз­ личных факторов в какой-либо технико-экономической задаче и для получения приближенных решений, которые затем с меньшими затратами времени уточняют другими методами, например методом вариантов.

Графическим называется метод получения численных решений различных задач путем графических построений.

В качестве простейшего примера может быть приведена известная задача нахождения равнодействующей (ее величины и направления) двух сил по правилу параллелограмма.

Основное достоинство этого метода — в простоте и наглядности решения. Его успешно''применяют для получения первых прибли­ жений, уточняемых затем другими, обычно применяемыми сов­

236

Новые вычислительные методы математического программиро­ вания — динамического, линейного и др. — применяют при решении задач с весьма большим числом вариантов. Например, при выборе оптимального плана распределения добычи четырех карьеров между тремя фабриками, когда число вариантов для технико-экономиче­ ского сравнения составляет 3,6-10°, расчет невозможно осуще­ ствить в практически допустимый срок даже при помощи быстро­ действующей электронно-вычислительной машины. В этих и подоб­ ных им случаях, когда решение задачи обычными методами невоз­ можно или очень трудоемко, используют методы математического программирования.

В практике проектирования и научного исследования открытых горных работ чаще других используется метод линейного програм­ мирования для решения транспортных и распределительных задач, таких,- например, как выбор рационального порядка разработки группы залежей, выбор места.расположения обогатительной фабрики или отвала для группы карьеров, установление рационального распределения добычи нескольких карьеров между несколькими фабриками и др.

§ 3. Методы эколомической оценки вариантов технических решений

Открытая разработка связана с большими затратами средств как на строительство карьеров, так и на приобретение и эксплуата­ цию мощного и дорогостоящего оборудования. Капитальные затраты на строительство мощного горно-обогатительного комбината со­ ставляют десятки и сотни миллионов рублей, а ежегодные эксплуата­ ционные расходы на крупном карьере часто достигают 30—100 млн. руб. в год. В этих условиях применение оптимальных вариантов дает большой экономический эффект. Например, применение наибо­ лее рационального вида транспорта на среднем карьере дает еже­ годную экономию 0,4—1,5 млн. руб. по сравненшо со средними расходами йа транспорт. Оптимальные варианты направления развития горных работ, параметров карьера, режима усреднения руд отличаются по экономической эффективности от среднего уровня на 20—40% и более и позволяют за 10—20-летний период достигнуть экономии 10—30 млн. руб. Особенно большой экономический эффект достигается при оптимальном решении задач, связанных с улучше­ нием и усреднением качества добываемых руд, а также с поэтапной разработкой и с улучшением календарных графиков вскрышных и добычных работ на месторождениях с большими коэффициентами вскрыши.

Основными вопросами методик технико-экономических расчетов являются критерии экономической оценки сравниваемых вариантов, методы расчета этих критериев и сравнения вариантов, выбор средств для проведения вычислительных работ, форма представления ре­ зультатов решений, точность расчетов.

237

ных капитальных. затрат на развитие производственной мощности

иреконструкцию карьера в период эксплуатации, эксплуатационных затрат (без амортизации капитальных вложений) на выемку вскрыши

идобычу полезного ископаемого.

Затраты каждого вида вычисляют как сумму ежегодных затрат в течение оцениваемого периода. Для повышения точности расчета желательно учитывать технический прогресс, возможные изменения параметров горных работ, технологии и геологических условий.

После расчета величины ежегодных затрат, т. е. после распре­ деления затрат по годам, затраты каждого года доляоты быть при­ ведены к одному для всех вариантов моменту оценки.

Будущие затраты любого года приводятся по формуле

где Зт — затраты, которые будут произведены через Т лет (по отношению к моменту оценки); к — коэффициент приведения затрат; Т — отдаленность будущих затрат;

Т — 13 jfn>

t3 — время вложения затрат, т. е. год, в котором произведены затраты; tn — время оценки, т. е. год, к которому приводятся затраты.

Согласно Типовой методике коэффициент приведения затрат к принимается равным 1,08. Для возведения к в степень пользуются

таблицами. При сроке оценки 5 лет -рг составляет 0,682, при сроке

10лет — 0,465.

Для сложных динамических задач с большими сроками оценки,

разновременностью затрат и доходов, несопоставимыми объемом и качеством продукции рекомендуется наиболее общий критерий — приведенная прибыль. Суммарная приведенная прибыль ^ П п опре­

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРАНИЦ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ

§ 1. Контуры и углы откоса бортов карьеров

Разработка месторождений полезных ископаемых может осущсствляться только открытым способом, только подземным способом

икомбинированно.

Впроекте необходимо определить экономически наиболее эф­

фективный способ разработки. Таким образом, при проектировании

239

решается задача выбора способа разработки или определения гра­ ницы между открытыми и подземными работами. При решении обеих задач необходимо установить контуры карьеров на плане п геологических профилях. Различают конечные, перспективные и промежуточные контуры карьера (рис. 116).

Конечными называют контуры, по которым, согласно проекту, должны быть погашены открытые горные работы. Конечные контуры должны быть определены с высокой степенью точности.

ископаемого; ѵп — угол погашения; у — угол временного борта

Перспективными являются контуры, до которых, согласно про­ екту, предполагается, но не обязательно развитие открытых работ. Перспективные контуры, карьера определяются приближенно и в процессе разработки корректируются.

Промежуточными являются контуры, которые, согласно про­ екту, должны быть достигнуты к определенному моменту разработки.

Конечные контуры могут быть, как правило, определены лишь для относительно небольших и хорошо разведанных месторождений или в проекте реконструкции для последнего этапа разработки крупного месторождения, а также для месторождений, срок разра­ ботки которых не превышает 10—12 лет. В остальных случаях определяют не конечные, а перспективные и промежуточные кон­ туры, которые по мере разработки уточняют.

240

Определение контуров карьера имеет важное значение при открытой разработке, так как от них зависит объем промышленных запасов полезного ископаемого и объем вскрышных пород в карьере, его производственная мощность и срок существования. Контуры карьера влияют на выбор способа вскрытия и места заложения траншей, на расположение поверхностных сооружений, транспорт­ ных коммуникаций на поверхности и на многие другие решения. Соответственно контурам устанавливают технические границы карьера.

Углы откоса нерабочих бортов карьера должны прежде всего обеспечивать устойчивость бортов и уступов и допускать размещение на них необходимых площадок (рабочих, транспортных и др.).

Занижение угла откоса борта на 2—3° на момент погашения карьера приводит к значительному увеличению объема вскрышных работ (на 10—30%). При завышенном же’ значении этого угла по сравнению с устойчивым не обеспечивается безопасность работ, так как возникают оползни и обрушения пород.

Задача проектировщика заключается в том, чтобы принять максимальный, но обеспечивающий устойчивость угол откоса борта.

Углы откоса бортов конечных контуров должны быть определены с максимально возможной точностью, а углы откоса бортов пер­ спективного и промежуточных контуров могут быть определены приближенно, так как в последующем они уточняются с учетом опыта эксплуатации.

При проектировании углы устойчивого откоса бортов карьеров в большинстве случаев принимаются ориентировочными на основе опыта поддержания бортов в аналогичных условиях. При рекон­ струкции карьеров они принимаются более точными на основе исследований и опыта работы данного карьера в первый период эксплуатации. ■

Для различных видов пород углы откоса нерабочих бортов карьера' находятся в пределах:

Угол откоса, обеспечивающий размещение площадок (конструк­ тивный), определяется обычно путем графического построения поперечного сечения борта. Величина этого угла зависит от ширины

ичисла площадок, оставляемых на борту, высоты уступов, а также от значений устойчивых углов откосов уступов, которые могут быть различными на разных горизонтах.

Ширина и число площадок определяются в зависимости от спо­ соба вскрытия. Если на борту не будет капитальных съездов или соединительных берм, то должны быть оставлены бермы безопасности

иплощадки очистки. Согласно Правилам технической эксплуатации (§ 28), при погашении уступов должны оставаться предохранитель­ ные бермы шириной не менее 0,2 высоты уступа через каждые 15 м

по вертикали в мягких породах и через 30 м в крепких породах с соблюдением общего угла погашения борта карьера, установлен­

242