Тема 5. Сравнительная оценка и отбор

РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ ВСКРЫТИЯ И ПОДГОТОВКИ МПИ

Цель практического занятия:

- формирование знаний по системной характеристике горной технологии;

- усвоение терминологического арсенала по горной технологии;

- умение пользоваться понятиями при характеристике вскрытия и подготовки месторождений;

- наработка навыков графического представления элементов горной технологии.

Задание:

1. Изучить материалы ориентировочной основы

2. По характерному разрезу, структурным признакам схем вскрытия и подготовки (см. Тему 3 и выполненное задание) дать краткую оценку достоинств и недостатков конкретного способа вскрытия и подготовки МПИ. Сделать графическое изображение, М 1:5000.

3.Пользуясь материалами ориентировочной основы дать сравнительную оценку ранее предложенных решений для курсового проекта схем вскрытия и подготовки, указав их достоинства и недостатки.

4. По результатам оценки (см. п. 3) предложить два конкурентно способных варианта вскрытия и подготовки МПИ.

*- Отчеты по индивидуальным заданиям – защищаются на консультациях.

*- Отчет по всем заданиям – предоставляется как допуск к зачету, экзамену.

ОРИЕТИРОВОЧНАЯ ОСНОВА

- варианты схем вскрытия: ситуационный подход в действии

- принципы сравнительной оценки и выбора схем вскрытия МПИ

- сравнительный ресурс отдельных инженерных решений по вскрытию МПИ

- практические рекомендации по выбору и обоснованию рационального способа

вскрытия и подготовки месторождения

Варианты схем вскрытия и подготовки:

ситуационный подход в действии

На исполнение схем вскрытия определяющее влияние оказывают:

1. Рельеф дневной поверхности: а – гористый; б – равнинный. При этом имеется в виду, что при гористой местности выше уровня долины располагается все месторождение или лишь его часть.

2. Глубина распространения месторождения: а – малая, при нагорном расположении МПИ и 200 – 300 м при равнинном; б – средняя глубина распространения – до 500м., в – большая глубина распространения – более 500м., г – сверх большая глубина распространения – более 1000м.

Мощность рудных тел и всего месторождения определяют масштаб предприятия – мощность рудника и его срок существования и таким образом косвенно сказываются на количестве и типе (виде) вспомогательных выработок вскрытия.

Если условно выделить влияние только двух факторов: рельефа местности и глубины распространения, то получим четыре характерных сочетания, определяющих тот или иной тип схемы вскрытия (табл. 4.1.)

Таким образом, мы вправе сделать вывод, что тот или иной тип схемы вскрытия существенно определяется ситуацией, т.е. ситуация управляет. С увеличением числа факторов ситуация оказывается весьма сложной и в ней можно разобраться только с накоплением опыта и профессионализма, а также благодаря применению ЭВМ и САПР.

Таблица. 5.1.Типы схем вскрытия при учете двух определяющих факторов

Рельеф местности	Равнинный	Простые стволовые схемы вскрытия	Комбинированные стволовые схемы вскрытия
	Гористый	Простые штольневые схемы вскрытия	Комбинированные схемы со штольнями и слепыми стволами на глубину
		Малая	Большая
		Глубина распространения МПИ

Формирование схем подготовки определяется также как и схем вскрытия очень большим количеством факторов: это и принятая схема вскрытия, и конструктивно-технологическое исполнение системы разработки, и масштаб и вид транспорта полезного ископаемого и руды. Надо учитывать и достижения НПТ. И все же с чего-то надо начинать. Попробуем определиться по данным практики, учитывая опять только два, но весьма важных фактора: мощность рудных тел и масштаб производства, а соответственно и масштаб грузопотока по горизонтам. Получим четыре характерных случаев, для них построим соответствующую матрицу (табл.4.2.).

Таблица 5.2. Типы схем подготовки горизонта при учете двух факторов

Масштаб грузопотока	Большой	Кольцевая смешанная подготовка с погрузкой на рудных штреках	Кольцевая смешанная подготовка с погрузкой на ортах
	Малый	Рудная штрековая подготовка с разминовками (без кольцевания)	Смешанная подготовка с тупиковыми ортами и полевыми штреками с разминовками
		Малая	Большая
		Мощность рудных тел

Принципы сравнительной оценки и выбора схем и вскрытия МПИ

Принцип « приход энергии должен быть больше расхода» побуждает нас при выборе рассматривать как можно больше вариантов, но стремиться к упрощению оценки. Это возможно при организации сравнительной оценки вариантов. Ее принципам инженер должен научиться в первую очередь и применять ее повсеместно. Только проведя сравнительную оценку и отбор наиболее сильных вариантов по комплексному или однофакторному критерию, можно решаться на более «изощренные» приемы выбора. Вначале следует научиться выполнять сравнительную оценку по прямым абсолютным или относительным затратам.

Первый принцип сравнительной оценки в том, что все сравниваемые варианты должны быть поставлены в равные условия (условно – постоянные). Таковыми при оценке вариантов схем вскрытия в первую очередь будут производственная мощность и срок существования рудника, порядок разработки, принятая система разработки, технология переработки

Второй принцип – В сравнительной оценке участвуют затраты (капитальные и эксплуатационные), связанные со схемой вскрытия.

Капитальные затраты – на проведение выработок вскрытия.

Эксплуатационные расходы - на транспорт и подъем руды, проветривание и водоотлив, ремонт и поддержание выработок.

Третий принцип – при сравнительной оценке все равноценные затраты (из перечисленных) не принимаются к учету.

При двух вариантах это устанавливается сравнительно просто, при трех и более вариантах уже есть затруднения и тогда идут на полный учет.

Очевидность этого принципа видна на условном примере: сравниваемые варианты с затратами 2 и 4 единицы различаются в два раза. Выбор очевиден. Если условно постоянные затраты в вариантах составляют 100 единиц, то общие - равны соответственно 102 и 104 единицы. Выбор сделать затруднительно, т. к. варианты равноценные. При многофакторном анализе методика резко усложняется, т. к. требуется ранжировать критерии, определять их цену и удельный вес в комплексном абстрактном (многомерном) пространстве. При сравнительной оценке широко используется опыт практики. По этому порой студент затрудняется в использовании сравнительной оценки, т. к. не любит рыться в книгах и журналах в поисках данных этого опыта. Только по данным практики можно определить целесообразность штольневого вскрытия с длиной капитальной штольни 7км. вместо стволового вскрытия со стволом глубиной 200м. (надо обратить внимание, что в конкретной ситуации очень большой водоприток и при штольневом вскрытии можно сэкономить больше на водоотливе, чем на стоимости проходки ствола). Только из опыта можно узнать до какой глубины целесообразно применять одноступенчатый подъем руды, а с какой уже целесообразно переходить на вскрытие слепыми стволами и т.д. При разновременности затрат, связанных со вскрытием, учитывают эффект наличия прибыли от более позднего вложения капитала в дело.

Принципы сравнительной оценки и выбора схем и подготовки МПИ.

Можно было бы не повторяться по поводу принципов сравнительной оценки и выбора схем подготовки. Вполне очевидно, что они те же, что и при решении вопросов вскрытия. Но есть и отличия, но не в принципах. Часть выработок подготовки относят к капитальным (со сроком службы более четырех лет), остальные финансируются за счет эксплуатационных расходов по статье расходы будущих периодов. В виду краткосрочности вложения капитала, при оценке схем подготовки не учитывают эффект от разновременности затрат.

Сравнительный ресурс отдельных инженерных решений по вскрытию МПИ

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СХЕМ ВСКРЫТИЯ ПО ОТДЕЛЬНЫМ ПРИЗНАКАМ И ИХ ВАРИАНТАМ ИСПОЛНЕНИЯ
1.Тип схемы (системы) вскрытия - по количеству типов главных вскрывающих выработок
а)простая схема (один тип гл. выработок). При одном типе и количественно рудовыдочных выработок не более одной. Значит капитальные затраты на проведение этого типа выработок вскрытия меньше. Упрощается организация работ по строительству рудника и эксплуатации МПИ. Применяется в простых условиях. Шахтные (стволовые) схемы при выдержанном крутом или горизонтальном залегании и равнинном рельефе. Штольневые - в гористой местности. В обоих случаях небольшая глубина распространения, ограниченные запасы руды.	б) комбинированная схема (более одного). Потребность нескольких типов главных вскрывающих выработок возникает при усложнении условий. Меняется угол залегания, большая глубина распространения при гористом рельефе местности. Капитальные затраты и эксплуатационные расходы увеличиваются. Их снижение возможно только за счет увеличения производительности рудника, что возможно при больших запасах руды. В комбинировании возникает потребность при наличии тектонических нарушений, карстовых полостей, водоемов.
2. Тип главной вскрывающей выработки
а) штольня. Применяются штольни в гористой местности. С увеличением глубины залегания рудных тел заменяются шахтами (стволами). Устье штольни закладывается выше уровня долины для компоновки промплощадки, сооружения отвалов, исключения подтопления. Штольни выгодны при совмещении разработки с разведкой МПИ, при большом водопритоке, при использовании естественной тяги для проветривания. Стоимость проведения штолен в 2-3 раза дешевле проходки стволов. При хорошей разведанности МПИ предпочтительней капитальные штольни в сочетании с рудоспусками и вспомогательными слепыми шахтами и стволами.	б) шахта (ствол): 1. вертикальная (-ный), 2. наклонная (-ный). Шахта прямоугольного сечения, стволы круглого. В первом случае крепь деревянная, во втором – бетонная или тюбинговая. Сейчас стоимость проходки вертикальных стволов меньше, чем шахт. Те и другие применяются повсеместно. В наклонных стволах скиповой подъем не технологичен и заменяется на конвейерный или на съезды с самоходном оборудованием. При их значительной длине общие затраты увеличиваются, которые несколько окупаются сокращением объема проходки квершлагов. Генеральное направление – увеличение производительности рудника.
3. Положение главной вскрывающей выработки в плоскости простирания месторождения
а) центральное положение. Выгодно по условиям транспорта, ускоренного развития горных работ от центра к флангам. Их фронт при этом максимальный, а условия для доразведки благоприятные. Расходы на откатку руды, транспорт материалов, перемещение людей сокращается в два раза по сравнению с фланговым положением. Расходы на проветривание также снижаются из-за снижения общего сопротивления выработок движению воздуха.	б) фланговое. Применяется лишь в неблагоприятных условиях для центрального размещения промплощадки (наличие водоемов, болотистой или пересеченной местности, заказников, железной дороги, жилого поселка и т.д.). При возможности использования одной промплощадки для вскрытия двух или нескольких рудных полей. При возможности штольневого вскрытия вместо шахтного или иного значительного упрощения схемы вскрытия.
4. Положение главной вскрывающей выработки относительно месторождения вкрест простиранию
а) с пересечением месторождения. Применяется лишь в исключительных или благоприятных случаях. Длина квершлагов существенно сокращается и как следствие снижаются затраты на их проходку, расходы на их эксплуатацию: транспорт грузов, поддержание, проветривание. Однако требуется оставление охранных целиков, что при высокой ценности руды не желательно. Охранные целики отстраивают с учетом углов сдвижения вмещающих пород от проектной глубины разработки. Углы сдвижения устанавливаются специальными исследованиями.	б) без пересечения: 1. в породах лежачего бока, 2. в породах висячего бока. Наиболее эффективно расположение выработок вскрытия в породах лежачего бока за линией возможного их сдвижения, опасного для сохранения устойчивости. Для стволов линия сдвижения отстраивается от проектной точки разработки МПИ, для полевых штреков в пределах этажа или их группы. В породах висячего бока выработки располагают только в исключительных случаях (отсутствие подходов с лежачего бока, весьма низкой устойчивости пород именно лежачего бока).
5. Ступенчатость вскрытия (по количеству ступеней)
а) одноступенчатое вскрытие. Характерно для пологопадающих и горизонтальных МПИ, т.е. все месторождение вскрывается сразу на всю проектную глубину распространения. Такое решение возможно для простых схем вскрытия при крутом залегании для мелких и не глубоко залегающих месторождений, хорошо разведанных. Часто принимается во внимание, что стоимость стволов с бетонным креплением, пройденных на всю глубину, меньше, чем при многоразовой углубке.			б) многоступенчатое пошаговое вскрытие. Характерно для крутопадающих и наклонных месторождений при ненадежной, дорогостоящей разведке. Размер и тип ступени (шага) определяется с учетом масштабов производства, количества этажей в одновременной работе, их сроков отработки и отработки МПИ в целом, глубины распространения МПИ.
6. Тип шага вскрытия
а) с поэтажным шагом вскрытия. При простых схемах вскрытия, с малым масштабом производства и необходимостью доразведки МПИ. При стволовых схемах имеет место поэтажная углубка шахт, стволов. При штольневом вскрытии характерно проведение поэтажных штолен, используемых первоначально для разведки, а затем для разработки МПИ. Требуется малый первоначальный капитал при эффекте разновременности затрат на вскрытие.	б) с групповым шагом вскрытия.При большой производительности рудника сейчас считается целесообразным. Дает выгоду - применение глубоких капитальных рудоспусков и вспомогательных слепых шахт, автоматизация подъема при сосредоточении загрузки на концентрационных горизонтах, снижение затрат на сооружение околоствольных дворов и квершлагов на промежуточных горизонтах. Требуется увеличенный капитал при эффекте разновременности его вложения.
7. Взаимное расположение главных и вспомогательных вскрывающих выработок
а) совместное (на одной промплощадке). Применяется при малой производственной мощности рудника и простых схемах вскрытия. Достоинство – компактность промплощадки в целом и ее коммуникаций. Недостаток, может проявиться при отсутствии четкой ветровой направленности, в виде затруднения забора свежего воздуха для шахты, а также в увеличении расходов при большой длине МПИ по простиранию.		б) не совместное (разнесенное).Применяется при большой производственной мощности рудника и большой длине МПИ по простиранию. Снижаются расходы на проветривание и создание безопасности в виде двух механизированных запасных выходов из шахты, создаются благоприятные условия для доразведки флангов МПИ

Практические рекомендации по выбору и обоснованию рационального способа

вскрытия и подготовки месторождения

При выборе способа вскрытия основными влияющими на выбор схемы вскрытия факторами являются как горно-геологические условия залегания месторождения, так и горнотехнические.

Среди горно-геологических факторов необходимо учитывать в первую очередь следующие: угол падения залежи, глубина залегания месторождения, глубина распространения, уровень долины относительно рудного тела: уровень долины ниже нижней границы рудного тела; пересекает; или выше.

Горнотехническими факторами при выборе способа вскрытия являются производственная мощность рудника и особенности очистной выемки: - система разработки не подразумевает применение самоходного оборудования; или система разработки ориентирована на использование самоходного оборудования.

Пользуясь таблицей структурной систематизации способов исполнения схем вскрытия наметить несколько вариантов. При этом определиться в типе и местоположении главной вскрывающей выработки. Принять обоснованный способ подъема руды, количество главных и вспомогательных вскрывающих выработок, их положение относительно друг друга и рудного тела с учетом рельефа, условий проветривания, работы подземного и поверхностного транспорта. Выполнить графическое построение зон сдвижения и охранных целиков. Провести выбор высоты этажа. Определить число и глубины ступеней вскрытия, шаг вскрытия, глубину первоначальной проходки и последующей углубки стволов, количество одновременно вскрываемых этажей, местоположение основных и концентрационных горизонтов. Сделать их эскизное изображение. Пользоваться опытом разработки в аналогичных условиях. Сделать конструктивную доработку намеченных вариантов.

При этом иметь в виду следующее.

Выбор типа главных вскрывающих выработок и подъема руды определяют с учетом экономической области их применения (табл. 2.5. и 2.6.).

Определение размеров поперечного сечения вскрывающих выработок ориентировочно можно определить по принятой величине годовой производительности рудника (табл.)

Высота этажа должна обеспечивать минимум затрат на вскрытие, подготовку и добычу руды с учетом потерь и разубоживания. Обычно она не превышает рационального значения высоты блока для принятой системы разработки.

По экспертным оценкам принимается в пределах 50 – 70. Большие и меньшие значения обосновываются расчетом с указанием определяющих факторов. Так, при наличие подэтажных доставочных горизонтов с применением самоходного оборудования и лифтоподъемников для перемещения людей высота этажа увеличивается до 120м.

Таблица 5.3.

Глубина разработки, м	Тип подъемов в зависимости от годовой производительности рудника, млн. т/год
	По типу подъемных сосудов					По типу подъемных машин
	0.50	О.75	1.0	1.25	1.50	0.50	0.75	1.0	1.25	1.50
250	К	К	К	С	С	О	О	О	О	О
500	К	КС	КС	С	С	О	О	О	ОМ	ОМ
750	К	КС	С	С	С	О	О	ОМ	М	М
1000	КС	КС	С	С	С	О	О	ОМ М	М	М
1250	КС	С	С	С	С	О	О ОМ	М	М	М
1500	С	С	С	С	С	О	М	М	М		М
К – клетевой; КС – клетевой и скиповой равноценные; С – скиповой. О – одноканатный; ОМ – одноканатный и многоканатный равноценные; М - многоканатный

Таблица 5.4

Тип главной вскрывающей выработки	Годовая производительность, млн. т/год	Параметры рудного тела		Угол наклона вскрывающей выработки, град.
		Глубина распространения, м	Угол залегания, град.
Вертикальный ствол	Любая	Любая	0-20 более 50	90
Шахтный наклонный ствол (скиповой или клетевой подъем)	Менее 0.5-0.6	Менее 400-500	20-45	20-45
Конвейерный уклон	Боле 4.0-6.0	Менее 300-500	Любая	16-20
Автомобильный съезд	0.3-1.5	Менее 300	Любая	5-10
Штольня	Любая	Выше уровня долины	Любая	0

Таблица 5.5.

Выработки	S, м2	Выработки	S, м2
Скипо-клетевой ствол	9 + 10,8А	Откаточный квершлаг	4,2 + 5,4А
Клетевой вспомогательный ствол	14 + 4А	Квершлаг вспомогательного ствола	2 + 6,15А
Вентиляционный ствол с клетью	4,4 + 7,3А	Квершлаг вентиляционного ствола	2 + 4,15А
Вентиляционный ствол без клети	3,8 + 6,3А	Однопутевой откаточный квершлаг	5,57 + 0,57V
Наклонный конвейерный ствол	9,35 + 1,05А	Двухпутевой откаточный квершлаг	10 + 0,73V
Наклонный автомобильный ствол	18,7 + 4,29А	Конвейерный квершлаг	7,94 + 0,004V
А– годовая производительность, млн. т/год;V - емкость вагонетки, м3