УДК 622.1: 622.342
На правах рукописи
СОЛТАБАЕВА САУЛЕ ТЕМИРБОЛАТОВНА
Совершенствование методики маркшейдерского обеспечения
подготовки запасов руды при планировании горных работ
Специальность 25.00.16 – Горнопромышленная и нефтегазопромысловая
геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Республика Казахстан Алматы, 2010
Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева доктор технических наук
Научный руководитель Байгурин Ж.Д.
доктор технических наук
Официальные оппоненты:
Рахимов В.Р.
кандидат технических наук Калмуратов Е.Б.
Карагандинский
Ведущая организация государственный технический университет (КарГТУ)
Защита состоится 28 мая 2010 года в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 14.61.23 при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева по адресу: 050013, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, корпус ГМК, ауд.252;
телефон 8 (7272) 2577063.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева по адресу:
050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22.
Автореферат разослан 27 апреля 2010 г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на адрес диссертационного совета.
Факс 8(727)292-53-09; телефон 8(727)257-70-63.
Ученый секретарь диссертационного совета И.Н. Столповских Введение Актуальность темы. Планирование горных работ в процессе разработки месторождений полезных ископаемых должно осуществляться в строгом соответствии с требованиями Закона РК «О недрах и недропользовании». Развитие горного производства сопровождается в последнее время резким ухудшением геологических, горно-технических условий разработки месторождений при большом колебании качественных показателей полезных ископаемых, и для его нормального функционирования необходимо иметь определенные запасы полезного ископаемого с различной степенью подготовленности: вскрытые, подготовленные и готовые к выемке. Обеспеченность горного предприятия такими запасами полезных ископаемых способствует эффективной отработке месторождения.
При открытом способе отработки месторождения производительность карьера и однородность качественного состава полезного ископаемого зависят от числа рудопотоков из добычных участков. Однако при годовом планировании горных работ на карьерах существенную роль играет достоверность подсчета запасов руды, от которого зависит рациональное количество рудопотоков, обеспечивающих выполнение плановых показателей товарных руд при добыче, требований по охране и рациональному извлечению балансовых запасов из недр.
На степень достоверности подсчета запасов и подготовки их для правильного планирования горных работ значительно влияет высокая изменчивость количественных и качественных показателей рудных залежей.
В связи с этим систематизация горно-геологической информации по формированию единой интегрированной системы, разработки на основе горно-геометрического моделирования новых методов подсчета запасов руды, позволяющих обеспечить достаточную его точность, являются актуальной задачей.
Исследования выполнялись в соответствии с планом научноисследовательской темы «Новые технологии для углеводородного и горнометаллургического секторов и связанных с ними сервисных отраслей» на 2009-2011 гг. и хоздоговорной работы с ТОО ФИК «Алел».
Объектом исследования послужило месторождение полезного ископаемого сложного строения типа золоторудных месторождений Суздальское, Мукур и Большевик.
Предметом исследования является маркшейдерское обеспечение подготовки запасов руды при планировании горных работ с учетом сложности строения рудных тел в условиях золоторудных месторождений.
Цель работы состоит в повышении эффективности маркшейдерского обеспечения подготовки запасов руды при планировании горных работ в условиях разработки золоторудных месторождений.
Идея работы заключается в использовании закономерностей, установленных по результатам геометризации количественных и качественных показателей рудных тел, для обеспечения достоверности нормативов вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов при планировании горных работ.
Задачи исследования:
- обоснование классификационных признаков запасов руды по степени подготовленности с учетом сложности строения рудных тел и величины рациональных параметров эксплуатационного опробования с учетом погрешностей подсчета запасов полезных ископаемых;
- разработка методики определения нормативного количества опережающих вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов полезных ископаемых применительно к задачам планирования горных работ;
- обоснование методики комплексной оценки формирования эксплуатационных потерь и разубоживания руды с учетом развития горных работ на карьере.
Методы исследования: комплексный, включающий теорию и способы подготовки запасов руды, методы планирования горных работ и оценки точности показателя запасов руды, методы оценки и моделирования, горногеометрический и вероятностно-статистический анализы, экспериментальную оценку методических и модельных разработок.
Научные положения, выносимые на защиту:
- количественная оценка сложности строения рудных тел, осуществляемая на основе вероятностно-статистического сравнительного анализа изменчивости контуров залежи, позволяет обеспечить точность их оконтуривания на достаточном уровне;
- достоверность опережающих объемов вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов на основе создания аналитических основ управления динамикой их обеспечения при добыче дает возможность повысить эффективность подготовки запасов руды к добыче;
- усовершенствование методики формирования полноты и качества извлечения запасов полезных ископаемых, на основе обоснования горногеометрических моделей их формирования с учетом сложности рудных тел способствует повышению точности планируемых показателей извлечения руд при добыче Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в работе, подтверждается:
- корректным использованием широко апробированных методов исследований, геолого-маркшейдерских наблюдений в выемочных единицах (уступ, горизонт);
- достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований (надежность 0,95, максимальное значение коэффициента вариации не превышает 20 %);
- корректностью использования методов подсчета запасов и оценки их погрешности.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
- получена количественная оценка сложности строения контуров рудных тел, в которой впервые учитывается рациональное значение интервала опробования с привлечением коэффициента эксплуатации, что позволило повысить точность оконтуривания рудных тел в 2 раза;
- предложена методика расчета нормативных объемов вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов залежей сложного строения на основе комплексного использования критерия оценки и модели регулирования обеспеченности запасами при планировании горных работ с учетом допустимых погрешностей их подсчета;
- разработана методика определения потерь руды на основе многопараметрической модели зависимости от геолого-геометрических и технологических параметров рудных тел, что позволило уменьшить погрешность плановых показателей извлечения руд с ±11,42 до ±8,87 % путем дифференциации их размеров по выемочным единицам различной сложности.
Личный вклад автора заключается в проведении количественной оценки сложности подсчетных контуров рудных тел, разработке методики расчета планируемых объемов добычи руды, рационального уровня показателей извлечения руд и выполнении экспериментов на объекте исследования.
Практическое значение работы. На основе полученных в процессе исследования разработок подготовлены методические указания по подсчету запасов руды и плановых значений потерь и разубоживания при планировании горных работ для условий золоторудных месторождений Суздальское и Мукур.
Реализация работы включала обоснование методики подготовки запасов руды при годовом планировании горных работ на Суздальском месторождении, апробацию методических указаний по определению плановых потерь и разубоживания руды, установление достоверности подсчета объемов вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов залежей сложного строения и показателей извлечения руд из недр.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на: Международной научно-практической конференции (г. Алматы, 4-7 сентября 2000 г.), международной конференции «Молодые ученые 10-летию независимости»
(г. Алматы, 2001 г.), I международной научно-технической конференции «Проблемы комплексного освоения рудных и нерудных месторождений Восточно-Казахстанского региона» (г. Усть-Каменогорск, 15-16 мая 2001 г.), международной научно-практической конференции «Региональные проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности» (г. Алматы, 18- января 2002 г.), II международной научно-практической конференции молодых ученых (г. Алматы, 2002 г.), международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в ХХІ веке глазами молодых» (г. Москва, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Маркшейдерия Казахстана: состояние и перспективы», посвященной 100-летию со дня рождения А.Ж. Машанова (г. Алматы, 2- ноября 2006 г.), XI международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (защита человека в ЧС, охрана труда, экология, логистика, экономика, материаловедение демпфирующих сплавов) (г. Алматы, 14-15 декабря 2009 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 4 в единоличном авторстве, в том числе 1 за рубежом, 5 статей в научных изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, и 11 докладов на международных и научно-практических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, списка использованных источников, содержащего 114 наименований, изложена на 125 страницах машинописного текста, включает 15 таблиц, 43 рисунка.
Перечень масштабности и разноплановости выполняемых маркшейдерской службой горного предприятия функций и задач достаточно широк и разнообразен в зависимости от способа разработки месторождения и других многочисленных факторов.
Обеспечение эффективности ведения горных работ вскрытыми, подготовленными и готовыми запасами является одним из ключевых этапов маркшейдерских работ, без которого может быть нарушена ритмичность и в целом деятельность горного предприятия.
Значительный объем исследований по вопросам обеспечения степени подготовленности запасов к добыче при планировании горных работ выполнен учеными СНГ и Республики Казахстан: П.А. Рыжовым, В.М.
Гудковым, В.Н. Поповым, В.В. Руденко, В.В. Ершовым, А.Ж. Машановым, Б.Р. Ракишевым, С.В. Цоем, А. Курманкожаевым, В.А. Гордеевым, Р.П.
Окатовым, Ж.Д. Байгуриным, Ф.К. Низаметдиновым, Б.М. Жаркимбаевым, Т. Калыбековым, Т.Т. Ипалаковым, А.Г. Казанским и др., а также коллективами научно-исследовательских, проектных институтов и вузов, труды которых частично использованы в диссертации.
Развитие и совершенствование методов маркшейдерского обеспечения подготовки запасов руды при планировании горных работ направлено на достижения полноты и комплексности использования полезных ископаемых, промышленной и экологической безопасности при недропользовании.
Высокая ценность золота, его востребованность и рост на него цен на мировом рынке требуют от недропользователей особого подхода к оценке достоверности и обеспеченности промышленных запасов по мере подготовки их к добыче.
В настоящее время действует ряд законодательных и нормативных актов в области охраны, рационального и безопасного использования недр. Однако, несмотря на большое число научных исследований, выполненных в данной области, для месторождений золота и цветных металлов в имеющихся специальных инструкциях по подсчету вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов не в полной мере учитываются точностные факторы, влияющие на эффективность подготовки запасов при планировании горных работ. В связи с этим возникает необходимость совершенствования методических основ маркшейдерского обеспечения запасов по степени подготовленности руды к добыче для условий золоторудных месторождений.
В процессе исследований, проведенных на Суздальском золоторудном месторождении, выявлены значительные расхождения между запасами по данным геологической разведки и фактическими эксплуатационными данными, которые составляют от 22 до 81 %. Это обусловливает неизбежность снижения достоверности устанавливаемых нормативных объемов вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов руды, уровня потерь и разубоживания при планировании горных работ. При этом значительное влияние на существенное изменение запасов также оказывает бортовое содержание полезного ископаемого. Ранее при подсчете запасов полезного ископаемого на Суздальском золоторудном месторождении бортовое содержание составляло 2-3 г/т. В связи с изменениями в технологии добычи и обогащения полезных ископаемых значение бортового содержания металла уменьшилось до 0,8 1 г/т (рисунок 1).
- границы рудного тела по фактическим данным эксплуатации;
- границы рудного тела по данным геологической разведки;
6,7 4.8 - исходные данные геологической разведки и эксплуатационного 7,0 10.2 опробования (в числителе - мощность рудного тела, в знаменателе содержание металла).
Рисунок 1 – Характер изменения подсчетных контуров залежей Замеренные в ближайших точках массива значения показателей связаны между собой и являются случайными зависимыми величинами, тогда как при больших интервалах они представляют собой случайные независимые величины. Как и длина пробы, расстояние между пробами или количество проб по длине выработки зависит, прежде всего, от типа месторождения, равномерности распределения руды и содержания, количества выработок и требующейся степени точности. Чем равномернее и однороднее по составу руда, тем больше расстояние между пробами; чем меньше однородность, тем это расстояние меньше.
Опыт и результаты первых проб, взятых на различных расстояниях, дают основание установить для Суздальского золоторудного месторождения рациональное расстояние между эксплуатационными пробами. С учетом выявленных закономерностей, значимости колебания бортового содержания, характера изменчивости подсчетных контуров и качественных показателей для условий разработки Суздальского месторождения была предложена аналитическая оценка расчета величины рационального интервала эксплуатационного опробования в виде где n - число геолого-маркшейдерских наблюдений, полученное по результатам измерений значений всех проб по выемочному участку; jср среднее значение содержания проб, %; D - абсолютное среднее значение вторых разностей, вычисленных по фактическим значениям проб.
Коэффициент учета влияния изменчивости содержания проб на достоверность величины интервала эксплуатационного опробования определяется в долях показателя вариации данных проб по формуле Величина коэффициента m различна в зависимости от степени изменчивости коэффициента вариации n и заданной точности опробования по конкретному выемочному участку рудного тела, % (Рз = 0,5 0,9).
Число наблюдений, среднее и относительное значения случайной погрешности подсчитываются по известным формулам математической статистики.
По аналитической оценке (1) определена рациональная величина интервала между пробами, которая в среднем составила r=1,2 м. При рекомендованном интервале опробования погрешность построения геологических контуров рудного тела была сокращена до qк = 26 %. В результате этого по отдельным горизонтам исследуемого месторождения для различной сложности строения рудного тела были рассчитаны относительные погрешности (qQ, qc, qP), а также значения среднеквадратической ошибки по запасам руды ( s S = 0,252 с н = 0,9), по содержанию ( s S = 0,124 с н = 0,68), по добытому металлу ( s S = 0,136 с н = 0,75) для рудных тел 1, 3, 5. На основе их создана возможность уменьшить величину расхождения между геологическими и эксплуатационными данными: по запасам до 17,9 %, по металлу до 7,1 % и содержанию основного компонента до 13,9 %.
Характер расхождения между геологическими и эксплуатационными запасами основных рудных тел месторождения 1, 3, 5 показан на рисунке 2, а, б, в. Для этих рудных тел определены зависимости изменения погрешности подсчета запасов, отличающихся геометрией форм залегания и сложностью.
Эти зависимости описываются параболическими уравнениями с различными коэффициентами регрессии для отдельных рудных тел (3) - (5).
а – по рудному телу 1; б – по рудному телу 3; в – по рудному телу 5.
Рисунок 2 – Характер изменения погрешности подсчета запасов по мере роста их значений с учетом расхождения между геологическими и Сущность комплексной методологии оценки развития обеспеченности подготовленными запасами полезного ископаемого на карьерах заключается в определении нормативного количества опережающих вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов с учетом величины интервала эксплуатационного опробования и поправочного коэффициента с привлечением показателя – критерия оценки обеспеченности подготовленными запасами, новой модели соответствия вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов априорно возможным (допустимым) ошибкам их подсчета.
На основе установленных закономерностей и оценки погрешности по подсчету запасов по отдельным выемочным единицам, горизонтам, рудным телам определен коэффициент эксплуатации месторождения, который является критерием оценки достоверности подсчета величины расхождения между геологическими и эксплуатационными запасами и рассчитывается по формуле где Sп.р – площадь погашаемого запаса руды, м2; Sэ – фактическая эксплуатационная площадь, Sэ = Sп.р - Sп + Sр, м2; с пр - среднее содержание золота по погашенному запасу руды, %; с о - среднее содержание золота по общему запасу, %.
В результате этого участки рудных тел были разделены по категориям сложности строения и изученности: I категория – kэ=0,120-0,190, II категория – kэ=0,191-0,314, III категория – kэ=0,315-0,410. Удельный вес I категории составляет 7 %, II категории - 81 %, III категории – 12 % (рисунок 3).
I II III
При выборе способа подсчета запасов для Суздальского золоторудного месторождения учтены морфологические особенности, изменчивость мощности, условия залегания рудных тел и характер распределения золота (рисунок 4). При этом рекомендуется создать следующий информационный пакет: графические материалы по фактическому положению горных выработок, данные о фактическом состоянии очистных блоков и горных выработок, положение контуров вскрышных работ по данным маркшейдерских съемок.Общие запасы руды и золота в рудном теле определяются суммированием запасов, подсчитанных по отдельным блокам. Подсчет запасов проводился с учетом указанных выше факторов в следующей последовательности:
1 Построенные по данным эксплуатационного опробования сечения рудного тела проектируются на вертикальную или горизонтальную плоскость, ориентированную параллельно его простиранию.
2 На основе опробования, химических анализов и геологической документации горных выработок на проекциях рудных тел строится общий подсчетный контур запасов и устанавливаются границы отдельных блоков.
3 На полученных контурах рудных тел по сечениям измеряются площади подсчетных блоков путем планиметрирования или разбивки блоков на правильные геометрические фигуры.
4 Рассчитываются средние значения мощности рудного тела и средние содержания полезного компонента по отдельным сечениям и блокам.
5 По результатам геолого-маркшейдерских измерений по отдельным рудным телам и блокам определяются средние значения плотности руды и породы, необходимые для достоверности подсчета запасов полезного ископаемого.
6 По отдельным выемочным единицам подсчитываются подготовленные к добыче запасы полезного ископаемого.
Подсчет запасов руды на планируемых горизонтах выполняется согласно п. 3, т.е. определяется рудная площадь Sэ в запланированных контурах рудного тела (см.рисунок 4).
Sвм.п.
Рисунок 4 - Фрагмент определения готовых к выемке запасов на Нормативное количество опережающих вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов для условий Суздальского месторождения рассчитывается по формуле где VГ, VП, VВ – нормативы объемов руды, готовых к выемке, подготовленных и вскрытых; ТГ, ТП, ТВ – время, необходимое для создания опережающих запасов по степени их подготовленности к добыче; q=1-kэ – поправочный коэффициент.
Состояние обеспеченности карьера по времени устанавливается по формуле где пГ, пП – количество времени по обеспеченности готовыми и подготовленными запасами руды; 12 – число месяцев в году; Vб = VТ П годовой план добычи руды, тыс. т; VТ – годовой план добычи товарной продукции; П и Р – плановые потери и разубоживание руды.
«