«ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСКАВАТОРНОЙ РАЗРАБОТКИ ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ...»

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Институт горного дела, геологии и геотехнологий

УДК 622.5; 622.58

На правах рукописи

Гузеев Артем Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСКАВАТОРНОЙ РАЗРАБОТКИ

ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая и строительная) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор В.Е. Кисляков Красноярск, ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ ОБВОДНЕННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

1.1 Технологии подготовки обводненных месторождений к разработке............ 1.2 Технологии разработки обводненных месторождений

1.2.1 Способы выемки горной массы на обводненных месторождениях......... Способы транспортирования горной массы на обводненных 1.2. месторождениях

1.3 Выемочно-погрузочное оборудование на понтоне

1.4 Влияние обводненных условий на физико-механические свойства горных пород

1.4.1 Влияние обводненных условий на устойчивость горных пород.............. 1.5 Выводы

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ВОДОПРИТОКА НА ОБВОДНЕННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

2.1 Выявление закономерности динамики водопритока и ее анализ

2.2 Обоснование режима работы карьерного водоотлива

2.3 Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗРАБОТКИ

ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ НА ПОНТОНЕ

3.1 Методика расчета работы совершаемой механизмами подъема ковша при черпании из-под воды

3.2 Наполнение ковша экскаватора в подводном забое

3.2.1 Сброс воды из перфорированного ковша

3.2.2 Коэффициент перфорации ковша экскаватора

3.3 Методика определения производительности экскаватора на понтоне при черпании из-под воды

3.4 Обоснование критериев выбора модели экскаватора

3.5 Выводы

ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ РАЗРАБОТКИ

ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ

4.1 Принципиальные технологические схемы выемки горной массы на обводненных месторождениях открытым способом

4.2 Технологическая схема отработки обводненных месторождений в два подуступа экскаватором на понтоне

Технологическая схема отработки обводненных месторождений с 4. локальным регулированием уровня вод

4.4 Выводы

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРЕДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В УСЛОВИЯХ РОССЫПИ В ДОЛИНЕ РЕКИ МАМОН

5.1 Технологические параметры при черпании из-под воды

5.1.1 Горные работы при работе черпании из-под воды одним уступом.......... 5.1.2 Вспомогательные работы при работе черпании из-под воды одним уступом

5.2 Расчет капитальных затрат на строительство предприятия

5.3 Организация труда

5.4 Расчет себестоимости добычи полезного ископаемого

5.4.1 Вспомогательные материалы

5.4.2 Расходы по эксплуатации и содержанию оборудования

5.4.3 Цеховые расходы

5.4.4 Калькуляция себестоимости

5.5 Эффективность инвестиционного проекта

5.5.1 Общие положения

5.5.2 Коммерческая эффективность инвестиционного проекта

5.5.3 Показатели эффективности инвестиционного проекта

5.6 Оценка качества проекта

5.7 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Большинство предприятий, разрабатывающих обводненные месторождения полезных ископаемых, несут значительные затраты на приобретение и поддержание оборудования для водоотлива, непосредственно водоотлив, возведение и эксплуатацию гидротехнических сооружений, нарушая большие площади земель, необходимые для их размещения. Доля перечисленных затрат в себестоимости продукции может достигать до 30 - 40%. Например, в году на Ковдорском месторождении расход электроэнергии на водоотлив и водопонижение составил около 300 млн. кВт·ч – более 50% от общего энергопотребления по карьеру [1]. Также некоторые примеры энергозатрат на водоотлив приведены ниже в таблице 1 [2-6].

Таблица 1 – Водопритоки на месторождениях разрабатываемых открытым способом Лебединский железорудный карьер Mиргалимсайские месторождения, Казахстан Разрез «Восточный», Читинская область Боголюбовское месторождение, Кр.край Разрез Лучегорский-1, Приморский край Разрез Павловский, Приморский край Разрез Ерковецкий, Амурская область По классификации М.В. Сыроватко все, выше приведенные месторождения, относятся к весьма обводненным (объем водопритока более 1000 м3/ч).

Стратегия социально-экономического развития Красноярского края до г. предусматривает развитие минерально сырьевой базы за счет вовлечения в отработку ряда крупных месторождений, сложных по горно-геологическим и гидрогеологическим условиям. На действующих карьерах увеличиваются глубина разработки, нарушенность пластов, водообильность пород и коэффициент вскрыши - все это влечет за собой ввод в эксплуатацию дополнительного оборудования.

Необходимость разработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых является актуальной задачей для горнодобывающей промышленности и входит в перечень критических технологий Российской Федерации [7].

Степень разработанности темы. Проблемы освоения обводненных месторождений являются актуальными и рассматривались в научных работах таких ученых как Костылев Ю.В., Абрамов С.К., Иванов С.В., Сандалов, В.М., Лобанова Т.В. и др., которые были проведены на базе Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова, Института гидрогеологии и гидрофизики, НТЦ-НИИОГР, ОАО «Гипроруда», ДВПИ им. В.В.

Куйбышева и др.. Этими учеными были предложены различные способы борьбы с водопритоками в карьер, но все разработанные решения предусматривают осушение карьерного поля, поэтому обоснование эффективной технологии экскаваторной разработки обводненных месторождений является актуальной задачей.

Цель работы. Обоснование эффективной технологии экскаваторной разработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых.

Идея работы. Эффективность технологии экскаваторной разработки обводненных месторождений достигается обоснованием режима водоотлива и параметров выемки горной массы из-под воды.

Основные задачи исследования.

обводненных месторождений и изучение влияния обводненных условий на физико-механические свойства горных пород;

2. Изучение режима водопритока в карьер на месторождениях твердых полезных ископаемых, выявление закономерностей динамики водопритока и обоснование режима работы карьерного водоотлива;

3. Изучение влияния обводненности на технические и технологические параметры экскаватора на понтоне (понтонного экскаватора) при разработке обводненных месторождений твердых полезных ископаемых, обоснование критерия выбора модели экскаватора;

технологических параметров экскаваторной выемки при отработке обводненного забоя.

Научная новизна работы.

1. Выявлена закономерность динамики водопритока в карьер в течение года, на основе которой определены периоды максимального и минимального водопритока и разработана математическая модель.

2. Установлена зависимость изменения объема сбрасываемой воды и объема потерь горной массы из перфорированного ковша от диаметра перфорации, живого сечения, средневзвешенной крупности горной массы в ковше и расстояния перемещения ковша под водой.

3. Разработана математическая модель расчета потерь в межшаговых целиках и их регулирования при работе экскаватора на понтоне (понтонного экскаватора).

Теоретическая и практическая значимость работы.

Систематизированы способы подготовки и выемки горной массы на обводненных месторождениях открытым способом.

Предложено разделение календарного года на два периода с минимальным и максимальном водопритоком, что позволяет снизить энергозатраты на водоотлив за счет выбора насосного оборудования по минимальному водопритоку с подтоплением нижнего горизонта в паводковый период и выемкой из-под воды.

Обоснованы технологические параметры при работе экскаватора на понтоне (понтонного экскаватора) с выемкой из-под воды. Разработаны принципиально новые технологические схемы отработки обводненных месторождений полезных ископаемых в два подуступа (патент РФ № 2469191) и с локальным регулированием уровня вод (патент РФ № 2504657). Разработана новая методика расчета параметров перфорации для различных условий, позволяющая определить конечный объем разгружаемой горной массы с учетом ее просыпи из ковша.

Принята для возможного применения в проектировании математическая модель прогнозирования водопритока в карьер и технология отработки обводненного месторождения понтонным экскаватором с последующим ведением горных работ на участке месторождения россыпного золота в долине р. Мамон и на Ефимовской террасе ООО «Артелью старателей Ангара-Север».

Результаты исследований рекомендуется использовать при планировании горных работ на разрабатываемых и проектируемых обводненных месторождениях полезных ископаемых, а также в учебном процессе на кафедре «Открытые горные работы» ИГДГГ.

аналитическое обобщение сведений, содержащихся в научно-технической и специальной литературе. Проведены натурные наблюдения, экспериментальные лабораторные исследования, математическое и физическое моделирование, статистическая обработка экспериментальных данных с применением программных пакетов Microsoft Office Excel.

Положения, выносимые на защиту.

1. Снижение энергозатрат на водоотлив происходит за счет выбора насосного оборудования по минимальному водопритоку при подтоплении нижнего горизонта в паводковый период с выемкой горной массы из-под воды.

и энергопотребление экскаватора определяются с учетом коэффициента влияния перфорации ковша, зависящего от диаметра перфорации, живого сечения, средневзвешенной крупности горной массы в ковше и расстояния перемещения ковша под водой.

3. Объем потерь в межшаговых целиках при разработке затопленного забоя экскаватором на понтоне (понтонным экскаватором) должен определяться с учетом глубины черпания, шага передвижки и траектории движения ковша.

Степень достоверности работы. Подтверждена сходимостью результатов теоретических исследований с натурными наблюдениями и экспериментальными данными, а также критериями подобия и доверительной вероятности;

значительным объемом статистических данных; патентной защитой новых технических решений.

Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и семинарах: Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодёжь и наука», Красноярск (2011-2012 гг.); Х международная научнотехническая конференция «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» в Шри-Ланке, г. Коломбо (2012 г.); городской этап конкурса научнотехнического творчества молодежи города Красноярска «Молодежные научноисследовательские и инвестиционные проекты», Красноярск (2013 г.); XXI научная конференция «Research Journal of International Studies», Екатеринбург (2013 г.); на кафедре открытых горных работ ИГДГГ (2012 – 2014 гг.); VII международный горно-геологический форум МИНГЕО Сибирь 2014 г.

Личный вклад автора. Заключается в выполнении основного объема теоретических и экспериментальных исследований изложенных в диссертационной работе, включая постановку целей и задач исследования, в анализе и обобщении экспериментальных результатов, в разработке новых технологических решений по повышению эффективности отработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых.

Публикации. По теме диссертационных исследований опубликовано работ, из них: 4 в изданиях, рекомендованных списком ВАК; 2 патента на изобретение и 1 патент на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения. Содержит библиографических источников, 52 таблицы, 54 рисунка и 80 формул.

1 ОБЗОР ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ ОБВОДНЕННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

1.1 Технологии подготовки обводненных месторождений к разработке Современные технологии подготовки обводненных месторождений подразделяются на следующие группы [8-15]:

I. С осушением;

II. Комбинированный;

III. Без осушения.

В свою очередь технологии подготовки с осушением подразделяются на следующие:

1) Открытые способы водопонижения.

Открытый водоотлив является наиболее простым способом борьбы с грунтовыми водами. Этот способ широко применяют в котлованах, сооружаемых в грунтах, которые слабо подвергаются размыву в процессе откачки воды (трещиноватые скальные породы, обломочные, галечниковые и гравийные грунты). Открытый водоотлив также используется в песчаных грунтах в комбинации с иглофильтрами или глубинными скважинами. Существует несколько методов открытого водоотлива. Приведем основные два:

– водоотлив осуществляется посредствам отдельно распложенных друг от друга зумпфов;

– водоотлив осуществляется при помощи заранее смонтированных зумпфов, соединенных между собой дренажными канавами [16].

2) Закрытые способы водопонижения в свою очередь разделяющиеся на:

2.1) Гравитационное водоудаление.

Установки для гравитационного понижения уровня грунтовой воды – это система, в состав которой входят водоприемные колодцы и водоотводящая система труб. Движение грунтовой воды обеспечивается за счет работы насосов с различными типами приводов, которые располагаются либо в водоприемных колодцах ниже уровня грунтовой воды, либо выше, но до места присоединения подающих труб к отводящей системе. В месте присоединения устанавливаются центробежные, клапанные или мембранные насосы. Могут быть установлены также вакуум-насосы.

Существует несколько типов водоприемных колодцев: плоские колодцы, глубокие и неглубокие колодцы, иглофильтры, горизонтально-фильтрующие колодцы.

Преимущества колодцев глубокого заложения по сравнению с колодцами неглубокого заложения следующие:

– значительно меньший объем работ по выемке грунта;

– меньшая площадь для их размещения;

– меньшее число необходимых колодцев;

– большая надежность в работе, что связано с независимостью от состояния всей системы, как это имеет место в колодцах неглубокого заложения;

– возможность постепенного расширения системы без остановки работы уже подключенных колодцев;

– отсутствие трудностей при эксплуатации насосов из-за разрежения во всасывающих линиях насосов [16].

2.2) Вакуумное водоудаление.

Удаление грунтовой воды вакуумированием применяется в мелкозернистых песках в тех случаях, когда по техническим и технологическим причинам гравитационный способ не может обеспечить необходимого уровня водопонижения.

водопонижения:

– глубокие вакуумные скважины-колодцы с применением эжекторов;

– глубокие вакуумные скважины-колодцы с применением насосов, расположенных под водой или работающих при пониженном давлении [16].

2.3) Электроосмотическое водоудаление (электроосушение).

Электроосмотический способ водопонижения применяется для илистых, мелкозернистых и среднезернистых грунтов, обладающих небольшой пластичностью, электрохимические изменения которых не превышают 15-20%.

Эти грунты ведут себя аналогично грунтам с большим содержанием илистых частиц, расположенных к образованию плывуна, но не могут быть осушены методом вакуумного водопонижения.

Применение электроосушения требует соблюдения соответствующих правил по технике безопасности [16].

3) Способ пневматического водоудаления.

При применении пневматического способа водопонижения грунтовая или фильтрационная вода удаляется путем создания в порах грунта избыточного давления, что приводит к более интенсивному водоотделению. Образование этого избыточного давления возможно в замкнутой системе. Водопонижение сжатым воздухом, называемое также пневматическим отжатием воды, может применяться как для вертикального, так и горизонтального отжатия воды вокруг котлованов [16].

4) Метод уплотнения стенок или дна котлована.

Метод защиты выработок от грунтовых вод, основанный на снижении водопроницаемости уплотнённых грунтов является наиболее простым в техническом и экономическом плане способом. Для его осуществления используются катки на пневматических шинах, кулачковые катки, виброкатки, трамбующие и вибротрамбующие машины.

5) Использование иглофильтров.

Иглофильтры применяются в случае, если проектная отметка дна котлована находится не ниже 7 метров. В противном случае необходим выбор другого способа водопонижения, например, глубинными скважинами. В грунтах с высоким коэффициентом фильтрации, наиболее широко распространено водопонижение с помощью легких иглофильтровых установок типа ЛИУ. В грунтах с низким коэффициентом фильтрации чаще используется водопонижение с помощью установок вакуумного водопонижения типа УВВ. Для сбора воды применяются всасывающие и сбросные коллекторы из труб ПНД. На зимний период работ коллекторы утепляются греющими кабелями, что позволяет вести бесперебойную работу в мороз [16].

Комбинированные способы подготовки представляют собой комбинации одного или нескольких способов, которые в сочетании дают возможность снизить затраты на подготовку месторождения и повысить её эффективность в определённых условиях. Они подразделяются на:

а) Локальное регулирование.

Данный способ позволяет подготавливать к разработке определённый участок месторождения. Для его реализации выделенный участок изолируют от всего карьерного поля с помощью демонтируемых щитов и перегородок, после чего в нём устанавливают требуемый уровень воды с помощью насосов и производят отработку участка. При необходимости перемещения добычного оборудования на другой участок перегородки и щиты демонтируются и вновь устанавливаются на нужном участке.

б) Сезонное регулирование водной поверхности в карьере Данный способ позволяет поддерживать необходимый уровень воды в карьере вне зависимости от величины водопритока в различные времена года.

Также он даёт возможность понижать его при углублении фронта горных работ.

Это достигается путём анализа зависимости величины водопритока от времени года и количества осадков за определённый период. При данном способе регулирования применяются мощные насосы в комплексе с развитой системой водоотлива, включающей водопонизительные скважины, подземные выработки различных типов.

В случае подготовки месторождения к разработке без осушения карьер затапливается и разработку ведут из-под воды систематизация способов подготовки обводненных месторождений полезных ископаемых к разработке (рисунок 1.1) [17].

Рисунок 1.1 – Систематизация способов подготовки обводненных месторождений 1.2 Технологии разработки обводненных месторождений Месторождения с притоком грунтовых имеют различный спектр гидрогеологических условий, таких как:

– дебит грунтовых вод;

– уровень грунтовых вод;

– коэффициент фильтрации;

– режим грунтовых вод в течение года.

Все эти условия необходимо учитывать при выборе и разработке технологии отработки обводненных месторождений полезных ископаемых.

На рудных месторождениях и месторождениях минерального топлива разрабатывают и применяют различные мероприятия по препятствию притока грунтовых вод в карьер и все возможные способы по водоотливу на открытых горных работах, за исключением нерудных месторождений, на которых возможно применение земснарядов или драг, что позволят отрабатывать неглубокие месторождения без водоотлива и мероприятий, связанных с данным процессом.

Все способы водоотлива, а также мероприятия по препятствию притока грунтовых вод в карьер, всегда связанны с большими энергетическими и экономическими затратами. На Ковдорского месторождения расход электроэнергии на водоотлив и водопонижение составил около 300 млн.

кВтч – более 50% от общего по карьеру [18]. Исключение процессов, связанных с осушением карьерного пространства, позволит существенно снизить себестоимость добываемого полезного ископаемого, а также позволит снизить общее энергопотребление горнодобывающего предприятия.

1.2.1 Способы выемки горной массы на обводненных месторождениях Способы разработки обводненных месторождений делятся на способы с водоотливом по сложившимся традициям, связанным с откачкой вод поступающих в карьер, и на сбособы без водоотлива, которые частично применяются при разработке нерудных месторождений с использованием земснарядов и драг.

Способы разработки без водоотлива разделяются в зависимости от вида применяемого оборудования и его установки относительно забоя, а именно:

надводная, на водная и подводная.

Надводный способ разработки обводненного месторождения без водоотлива заключается в применении обратных лопат и отработки забоя нижним черпанием с обратным ходом экскаватора. Данный способ применяется при условиях, когда глубина залегания полезного ископаемого и уровень грунтовых вод менее максимальной глубины черпания экскаватора в целях полной отработки всех залежей и безопасного ведения работ. Это позволит исключить необходимость производства водоотливных операций и связанных с ним процессов (строительство гидротехнических сооружений, водоотливного оборудования) при отработке неглубоких обводненных месторождений [19-34].

На водный способ разработки возможен с применением гусеничных экскаваторов, установленных на понтоне, понтонных экскаваторов и земснарядов (драг).

установленными на понтоне, эффективен при внедрении данной технологии на обводненных месторождениях, ранее разрабатываемых гусеничными экскаваторами.

Разработка понтонными экскаваторами рациональна при применении цикличного транспорта, при применении гидротранспорта отработка обводненного месторождения без водоотлива целесообразна земснарядами и драгами [35].

Условия применения наводного способа разработки аналогичны условиям применения надводного способа разработки.

Подводная разработка обводненных месторождений является одним из последних нововведений горнодобывающей промышленности.

Оборудование для технологии разработала компания Nautilus minerals.

Применение данного оборудования возможного как на континентальных месторождения, так и на морских месторождениях, находящихся на глубине до 5000 метров [36]. Внедрение данной технологии позволит исключить водоотлив, строительство гидротехнических сооружений, аренду и нарушение земель под их размещение, обслуживание водоотливного оборудования, экологический вред при откачке загрязненных вод пылью и нефтяными продуктами (в случае применения оборудования, работающего на продуктах нефтяной переработки). В случаях отработки глубоких и сверхглубоких месторождений нет необходимости разработки мероприятий касаемых проветривания карьерного пространств, тем самым, исключая экологический вред воздушной среде за пределами карьерного поля.

Основным преимуществом данной технологии является высокая безопасность для рабочего персонала, так как исключается присутствие людей в пределах карьера.

Разработка, связанная с водоотливом подразделяется по форме задействования водоотливных установок: с постоянным водоотливом, с локальным понижением уровня воды и с периодическим осушением карьерного поля.

Отработка обводненного месторождения с водоотливом является самым распространенным способом с широким спектром применяемого оборудования [19]:

– карьерными экскаваторами;

– бульдозер-рыхлителями;

– РТП фирмы Dieseko;

– колесными скреперами;

– карьерными комбайнами;

– гидромониторами.

Данная технология и применяемое оборудование за прошедшие десятки лет зарекомендовали эффективность своего применения. Но все они несут высокие экономические и энергетические затраты на их использование и в совокупности с процессом водоотлива идет существенное удорожание открытых горных работ.

Локальный водоотлив позволяет снизить данные затраты за счет уменьшения общего объема водоотливных работ. Использование данного способа возможно при применении гусеничных экскаваторов, установленных на понтоне, понтонных экскаваторов и земснарядов (драг). Сущность данного способа заключается в локализации рабочих зон и понижением в них уровня воды, а в случаях работы высоким уступом и повышения уровня вод.

Периодичный водоотлив также позволяет снизить экономические и энергетические затраты, связанные с водоотливом. При отработке месторождения по данной технологии карьерными экскаваторами для большей эффективности необходимо учитывать условие: разница между высотой и глубиной черпания экскаватора должна быть минимальной, позволяющей вести отработку уступа как верхним, так и нижним черпанием.

Способ заключается в периодичном задействовании водоотливных систем, во время наибольшего водопритока и уровня грунтовых вод водоотливная система останавливается и осуществляется разнос бортов карьерного поля. За время максимального водопритока как правило затапливается 1-2 нижних горизонта, отработка ближайшего затопленного уступа производится нижним черпанием (в случае применения экскаваторов). В период спада и установления минимального водопритока и уровня грунтовых вод в работу вводится водоотливная система и далее производится углубка карьера с отработкой уступов верхним или нижним черпанием.

Способ разработки с периодическим водоотливом также возможен следующими видами оборудования [18]:

– бульдозер-рыхлителями;

– канатными скреперами;

– колесными скреперами;

– карьерными комбайнами;

– гидромониторами.

Разработанная систематизация способов выемки горной массы на обводненных месторождениях открытым способом приведена на рисунке 1. [17].

1.2.2 Способы транспортирования горной массы на обводненных Одними из самых популярных способов транспортирования горной массы является автомобильный, железнодорожный, конвейерный и гидротранспорт.

Автомобильный карьерный транспорт является наиболее популярным горнодобывающих предприятиях России и мира [19].

Основными преимуществами автотранспорта являются: автономность;

возможность транспортирования горных пород с различными физикомеханическими свойствами; мобильность, что позволяет использовать автотранспорт в сложных условиях залегания, а также при разработке месторождений с ограниченными запасами и малом сроке эксплуатации;

отвалообразования [19].

распространенный на карьерах России и мира.

Основными преимуществами железнодорожного транспорта являются:

универсальность; надежность в работе; малая зависимость от климатических условий; незначительное отрицательное воздействие на окружающую среду;

относительно низкие энергоемкость и стоимость транспортирования [19].

Рисунок 1.2 – Систематизация способов выемки горной массы на обводненных месторождениях открытым способом Конвейерный транспорт также используется на различных процессах как горной, так и других видах промышленности и имеет следующие достоинства:

поточность транспортирования как технологического процесса; автоматичность действия; возможность перемещать материал при углах наклона трассы 16- градусов и вследствие этого сокращения расстояния транспортирования и объема горно-капитальных работ; высокая экологичность [19].

месторождениях, разрабатываемых гидромеханизированным способом.

Достоинства гидравлического транспорта: высокая производительность;

возможность транспортирования на значительные расстояния при полной автоматизации процесса; отсутствие потерь перемещаемого материала, невысокие эксплуатационные расходы; возможность совмещения процесса транспортирования с другими технологическими процессами (гидравлическим разрушением, обогащением); низкий уровень шума и возможность укладки трубопроводов под землёй [37].

Все эти способы транспортирования применяются с различными видами транспорта, которые передвигаются по суше, в отличие от гидротранспорта, который также может располагаться как над водой, так и под водой.

В случае отработки месторождений гидромеханизированным способом или при разработке обводненных месторождений с выемкой из-под воды другими видами выемочно-погрузочного оборудования предлагается осуществлять перемещение автотранспорта по:

– понтонной платформе, которая может состоять из одиночного понтона, группы понтонов, сплошного понтонного моста или тупикового понтонного моста;

– плавучему транспортировочному желобу, который может быть в плане кольцевым, сплошным или тупиковым.

Конвейерный транспорт также предлагается располагать на понтонной платформе.

Разработанная систематизация способов транспортирования горной массы на обводненных месторождениях приведена на рисунке 1.4 [17].

Более подробное рассмотрение предложенных технологических решений приведено в главе 4 диссертации.

1.3 Выемочно-погрузочное оборудование на понтоне В настоящее время предлагается множество различных видов выемочнопогрузочного оборудования на понтоне, при помощи которых осуществляется:

проходка дренажных каналов; строительство дамб; увеличение прибрежной полосы путем осушения берега; добыча гравия и песка; строительство портовых сооружений [22, 38].

Для создания возможности ведения горных работ предлагается применение понтонных экскаваторов в качестве выемочно-погрузочного оборудования при отработке обводненных горизонтальных и пологопадающих пластовых месторождений, россыпей и месторождений строительных полезных ископаемых.

Основные понтонные экскаваторы, предлагаемые для применения, показаны на рисунках 1.3 и 1.5, а также их основные технические характеристики приведены в таблицах 1.1 1.2.

Рисунок 1.3 – Понтонные экскаваторы Liebherr R 982 LC и demag H185A [39] Рисунок 1.4 – Систематизация способов транспортирования горной массы на обводненных месторождениях разрабатываемых открытым Таблица 1.1 – Технические характеристики понтонных экскаваторов компании Dredging International nv [39] Общая установленная мощность, кВт Рисунок 1.5 – Понтонные экскаваторы Liebherr P 984 C и Liebherr P 9250 [7] Таблица 1.2 – Технические характеристики понтонных экскаваторов компании Liebherr [38] Эксплуатационный обратной лопаты, т Мощность двигателя, кВт/л.с. 222/302 270/367 360490 523/701 960/1287 1120/1500 1750/ (ISO 9249) (рисунок 1.6), Jan De Nul Dredging Ltd., Van Oord и многими другими с рабочим органом в форме ковша.

Таблица 1.3 – Технические характеристики одного из земснарядов компаний Watermaster [40] 1.4 Влияние обводненных условий на физико-механические свойства горных Физико-механические свойства пород в обводненных условиях сильно изменяются, так как под воздействием воды снижается величина сопротивления пород на одноосное сжатие и крепость. Вода, проникая в поры горной массы, размягчает ее, снижая сопротивление копанию. Водопоглощение горных пород может изменяться от 0,1 до 4,7 % и в среднем 1,7 %. Наименьшее водопоглощение характерно для плотных и слаботрещиноватых пород, что обусловлено их невысокой пористостью [41-49]. Примеры физико-механических свойств породы приведены в таблицах 1.4 и 1.5, а также на рисунке 1.7.

Таблица 1.4 – Физико-механические свойства пород Нойон-Тологойского месторождения 2,67-2,79* 2,53-2,74 0,4-4,8 0,1-1,5 104-199** 92-160** 0,73-0,93** Базальты Базальты 2,7-2,86 2,59-2,74 2,9-4,0 1,15-3,4 75-129 44-91 0,57-0, Базальты 2,64-2,78 2,3-2,71 2,3-9,1 1,4-4,7 21-104 7-54 0,29-0, Конгломераты Песчаники Сиенит- 2,65-2,74 2,29-2,57 4,8-7,1 2,0-3,7 37-157 25-119 0,71-0, Примечание: *-в числителе минимальное и максимальное значения, в знаменателе – среднее;

** - данные характеризуют породы массивной текстуры.

обводненных условиях Базальты очень прочные Диориты очень прочные Песчаники очень прочные Туфы очень прочные Кварцевые порфиры Кристаллические Базальты очень прочные Туфы очень прочные Диориты очень прочные Кварцевые порфиры Кристаллические Песчаники очень прочные На основе анализа данных таблицы 1.5 и рисунка 1.7 предел прочности на сжатие в обводненных условиях может снижаться от 1,03 до 3,67 раз, следовательно, при разработке горных пород из-под воды необходимость проведения буро-взрывных работ снижается.

Предел прочности образцов на сжатие, Мпа 1.4.1 Влияние обводненных условий на устойчивость горных пород При обводненности горных пород изменяются их физико-механические свойства (сцепление, влажность, сопротивление одноосному сжатию и т.д.), в результате чего изменяется их устойчивость [15, 50, 51].

Расчет общей устойчивости обводненных откосов отличается от расчета устойчивости необводненных откосов, необходимостью учета сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления. Суммарное влияние гидростатического взвешивания и гидродинамического давления на призму возможного обрушения проявляется как гидростатическое давление, распределенное по поверхности скольжения, нормальное к ней, и изменяющее только нормальную составляющую. Уравнение равновесия с учетом давления воды, равного в каждой точке поверхности скольжения, разности отметок этой точки и высоты пьезометрического уровня над ней, приобретает вид [52]:

где – коэффициент запаса устойчивости; Pi – вес блока вместе с заключенной в нем водой (объемный вес ниже уровня грунтовых вод принимается равным нас), т; i и ki – угол трения и сцепления, град; li – длина i-го участка, м; i – угол наклона касательной к поверхности скольжения в середине основания блока, град;

Di – результирующая сила гидростатического и гидродинамического давления, т/м.

При расчете устойчивости без разделения сопротивления сдвигу на силы трения и сцепления в каждой точке поверхности скольжения величина удерживающего касательного напряжения принимается с паспорта прочности при нормальном напряжении, уменьшенном на величину гидростатического давления в этой точке [53].

Воздействие гидростатических и гидродинамических сил на общую устойчивость откосов будет существенным при условии, что значительная часть (пьезометрической) кривой или же при больших перепадах напоров в прибортовой зоне. Поэтому особенно большое значение эти силы приобретают в следующих случаях [53]:

1) при наличии в основании откоса не дренируемых напорных горизонтов;

2) при расположении карьера вблизи реки или открытого водоема;

3) при подтопленном откосе.

В случае подтопленного откоса формула 1.1 принимает вид [52]:

где – угол откоса, град; Рвi – вес «свободной» (находящейся выше линии откоса) воды в пределах блока, т.

Следует отметить, что песчаные грунты, залегающие ниже уровня подземных вод, подвергаются полному взвешиванию. Из глинистых пород, как показывают исследования Н.М. Герсенова, полному взвешиванию подвергаются те разновидности, влажность которых выше максимальной молекулярной влагоемкости; для плотных жирных глин, в которых все поры заполнены молекулярной водой, коэффициент взвешивания равен нулю [52].

Для правильной оценки степени устойчивости подтопленного откоса необходимо знать положение депрессионной воронки на любой момент времени, соответствующий определенному уровню воды в котловане; при нескольких депрессионной воронки в каждом горизонте [52].

Общая устойчивость бортов при затоплении карьера изменяется под влиянием взвешивающего и пригружающего действия воды в котловане. Для фильтрующих откосов она зависит от положения зеркала воды в нем и депрессионной кривой. Наихудшее состояние общей устойчивости бортов карьера возникает при подтоплении карьера на 1/3 его глубины, если эта часть борта сложена фильтрующими породами. При этом коэффициент запаса устойчивости уменьшается на 10-25 % по сравнению с необводненным откосом.

При повышении уровня воды более чем на 1/3 высоты борта устойчивость последнего повышается, и при полном затоплении карьера коэффициент запаса устойчивости откоса, сложенного породами с высоким сцеплением, на 25-40 % выше, чем коэффициент запаса устойчивости незатопленного карьера [52].

На основе проведенного обзора было выявлено, следующее: множество существующих технологий подготовки и разработки обводненных месторождений полезных ископаемых включают в себя процесс водоотлива с полной откачной вод, поступающих в рабочее пространство карьера.

Осуществление водоотлива сопровождается большим энергопотреблением и затратами на приобретение и обслуживание оборудования необходимого для откачки вод, тем самым увеличивая себестоимость добываемой продукции.

В случае простоя насосных станций появляется риск затопления горного оборудования, находящегося на нижних горизонтах. При применении технологии отработки обводненных месторождений с выемкой из-под воды с применением драг, земснарядов или скреперных устройств на россыпных месторождениях участки с крепкими включениями не отрабатываются и оставляются в виде потерь. Но при этом существует оборудование, способное разрабатывать обводненные месторождения без откачки или со значительно меньшими объемами откачки воды и работать в более крепких породах. Учитывая тот факт, что прочностные свойства пород снижаются в обводненных условиях, область применения данного вида оборудования без буровзрывных работ и других мероприятий, направленных на их разупрочнение, увеличивается.

Учитывая то, что устойчивость бортов затопленного карьера на 25-40 % выше, чем устойчивость незатопленного карьера. Угол бортов карьерного поля в случае выемки горной массы из-под воды может быть увеличен, снижая коэффициент вскрыши, тем самым уменьшая себестоимость добытого полезного ископаемого.

Предлагаемая область применения разработанных решений. По типу месторождений: горизонтальные и пологопадающие пластовые месторождения;

россыпные месторождения; месторождения строительных полезных ископаемых.

В качестве выемочно-погрузочного оборудования предлагается применение гидравлического экскаватора.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ВОДОПРИТОКА НА ОБВОДНЕННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Одной из проблем при разработке обводненных месторождений является водоприток в карьер. В результате возникает необходимость отведения или откачки воды из карьера для создания благоприятных условий работы выемочнопогрузочного и транспортирующего оборудования.

Водоприток - это поступление грунтовых и поверхностных вод в горные выработки. Одной из характеристик грунтовых вод является их режим. Под режимом грунтовых вод понимается изменение во времени уровня подземных вод, их дебита, скорости движения, температуры, химического состава и минерализации [54].

В рамках данной научно-исследовательской работы наибольший интерес представляет характер изменения водопритока в карьере и уровня грунтовых вод в течение года с целью рациональной отработки месторождения.

Исследование и способы прогнозирования динамики водопритока в карьер рассматриваются в трудах Мироненко В.А., Ковалевского В.С., Каменского Г.Н., Бабушкина В.Д. и т.д. [18, 41, 42, 53-67].

2.1 Выявление закономерности динамики водопритока и ее анализ По данным, полученным в ходе наблюдения за водопритоком в течение года на Олимпиадинском (карьер Восточный), на Татауровском и Наталкинском месторождениях, а также по данным, приведенным Всеволожским В.А. [68], были построены графики изменения водопритока (рисунки 2.1-2.3). Основные показатели динамики водопритока отражены в таблице 2.1.

Дебит водопритока по карьеру Восточный, Водоприток, м3/ч Рисунок 2.2 – График изменения водопритока в течение года на месторождении «Татауровское»

Дебит водопритока, м3/ч Как видно из рисунков 2.1-2.3, период сентября (ноября) по апрель (май) характеризуется минимальным водопритоком, а с апреля (мая) по сентябрь (ноябрь) – максимальным. При этом, согласно таблице 2.1, величина водопритока изменяется в 1,8 - 4,5 раза относительного водопритока в карьер возможна оптимизация работы водоотливных установок.

Для прогнозирования динамики водопритока поступающего в карьер, была разработана зависимость изменения динамики водопритока в карьер:

где Q – водоприток в карьер, м3/ч; a, b, c, d, f, g, k, m, p, s, y, n – эмпирические климатических условий месторождений; t – порядковый номер недели в году.

Восточный), Татауровского и Наталкинского месторождений приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Эмпирические коэффициенты Эмпирический коэффициент Олимпиадинское В качестве примера анализа динамики водопритока представлено Татауровское месторождение, на основе которого построена модель прогнозирования водопритока в карьер.

В таблице 2.3 представлено эмпирическое распределение водопритока за период с 2004 г. по 2008 г., а на рисунке 2.4 – гистограмма этого распределения.

месторождении Вероятность, % Рисунок 2.4 – Вероятность водопритока на примере Татауровского месторождения Из гистограммы видно, что около 50% водопритока находится в пределах минимальных значений. Это подтверждает высказывание о том, что прогнозирование водопритока в карьер позволит оптимизированть работу водоотливных установок.

Для прогнозирования динамики водопритока поступающего в карьер водопритока:

где Q – водоприток в карьер, м3/ч; t – порядковый номер недели в году.

аппроксимации (1) при уровне значимости 0,05. В статистических исследованиях доказано, что уровень значимости 0,05 обеспечивает точность, достаточную для принятия правильных инженерных решений.

Величина критерия Фишера показывает вероятность того, что полученные закономерности в модели, на основе результатов наблюдений, не случайны.

Таким образом, разработанная модель (2.2) позволяет прогнозировать объемы водопритоков с достоверной вероятностью 0,95.

Таблица 2.4 – Регрессионная статистика по формуле №1 в модели (2.2) Скорректированный коэффициент детерминации (нормированный R-квадрат) 0, Стандартное отклонение выборочного среднего (стандартная ошибка) 11, Наблюдения (число наблюдений, по которым построена регрессия) Таблица 2.5 – Дисперсионный анализ формулы №1 в модели (2.2) Таблица 2.6 – Дисперсионный анализ формулы №1 в модели (2.2) пересечение Таблица 2.7 – Регрессионная статистика по формуле №2 в модели (2.2) Скорректированный коэффициент детерминации (нормированный R-квадрат) 0, Стандартное отклонение выборочного среднего (стандартная ошибка) 83, Таблица 2.8 – Дисперсионный анализ формулы №2 в модели (2.2) Таблица 2.9 – Дисперсионный анализ формулы №2 в модели (2.2) Yпересечение Таблица 2.10 – Регрессионная статистика по формуле №3 в модели (2.2) Скорректированный коэффициент детерминации (нормированный R-квадрат) 0, Стандартное отклонение выборочного среднего (стандартная ошибка) Yпересечение Водоприток, м3/ч Рисунок 2.5 – График изменения водопритока в течение года на Татауровском Проведенные исследования показывают, что в период окончания пиковых режимов спад водопритока происходит по гиперболической зависимости, что является аналогичным стохастической модели колебаний речного стока в паводочный период, показанной на рисунке 2.6 и 2.7.

Рисунок 2.6 – Гидрограф одной из рек Северо-Востока за май-октябрь месяц [69, с. 8-10] Рисунок 2.7 – Гидрограф паводочнного периода р. Ченчон - г.Анжу (КНДР) за 1957 г. [70, Полученную модель изменения водопритока можно использовать при проведении текущего и календарного планирования горных работ на Татауровском месторождении.

Максимальный водоприток на Татауровском месторождении в летний период составил 7948,9 м3/ч, при этом откачка вод обеспечивается работой насосных агрегатов Д3200-75 (5 ед.) и Д-1250 (1 ед.).

Одновременно в работе на время паводкового периода используются энергопотребление которых составляет 14020809 кВт·ч в год.

Так как паводковый период составляет 183 дня, а в период минимальных водопритоков (182 дня в году) водоприток не превышает м /ч (согласно рисунку 2.5), предлагается применение насосов Д-3200 (1 ед.) и Д-2000 (1 ед.) в период минимальных и максимальных водопритоков, с подтоплением нижнего горизонта.

Общее энергопотребление составит 12669684 кВт·ч в год.

Полученный экономический эффект показан в таблице 2.13.

экономический эффект, показанный в таблице 2.13.

Разделение календарного года на два периода и применение предлагаемых насосных агрегатов с учетом анализа динамики водопритока в карьер позволит снизить ежегодные затраты на электроэнергию и общее энергопотребление на 10% на Татауровском месторождении.

Таблица 2.13 – Предполагаемый расчетный экономический эффект при разделении календарного года на два этапа отработки Совокупная стоимость насосных агрегатов, руб.

Затраты на электроэнергию, В связи с этим можно сделать вывод, что анализ динамики водопритоков в течение года позволит оптимизировать работу насосных агрегатов, что снизит энергопотребление водоотливных систем за счет снижения на них нагрузки [71, 72].

2.2 Обоснование режима работы карьерного водоотлива С изменением водопритока в течение года изменяется и уровень грунтовых вод. Характер изменения уровня грунтовых вод аналогичен изменению водопритока, что можно наблюдать из рисунков 2.8 – 2.10.

Рисунок 2.8 - График уровня подземных вод из скважины № 18865 (63) (г. Кадников водоносного слоя грунтовых вод, м Мощность Рисунок 2.9 - Графики уровня и водоотбора подземных вод из скважины Рисунок 2.10 - График уровня подземных вод из скважины № 3174 (с. Тарногский По данным, приведенным выше, видно, что изменение уровня грунтовых вод происходит в пределах от 3,5 до 11,7 м. Прогнозирование изменения уровня грунтовых вод позволит оптимизировать режим работы водоотливных установок и вести рациональное планирование горных работ.

На основе вышесказанного предлагается разделение календарного года на два периода, а именно (рисунок 2.11):

- период с минимальным водопритоком;

- период с максимальным водопритоком.

Рисунок 2.11 – Разделение календарного года на периоды отработки карьера на примере В период минимального объема водопритока порядок ведения горных работ остается неизменным, а в период максимального объема водопритока происходит подтопление нижнего горизонта, поэтому предлагается вести отработку обратной гидравлической лопатой с нижним черпанием из-под воды (рисунок 2.12).

Прогнозирование изменения водопритока с учетом изменения уровня грунтовых вод, а также разделение календарного года на периоды позволят исключить процесс водоотлива и все связанные с этим операции или снизить значительно объемы откачки воды из карьера в случаях отработки неглубоких месторождений, где высотная отметка дна карьера выше или равна минимальной отметке уровня грунтовых вод. А при разработке карьеров, высотная отметка дна которых ниже минимальной отметки уровня грунтовых вод на первоначальном этапе планирования позволит оптимизировать работу водоотливных установок, а также более точно выбрать оптимальную дату ввода их в эксплуатацию [71, 72].

Рисунок 2.12 - Отработка нижнего горизонта обратной гидравлической лопатой (PC-200) с Исследования изменения водопритока и уровня грунтовых вод в течение года позволят:

рационального выбора насосных станций и оптимизации их работы;

– исключить процесс водоотлива и все связанные с этим операции или снизить значительно объемы откачки воды из карьера в случаях отработки неглубоких месторождений, где высотная отметка дна карьера выше или равна минимальной отметке уровня грунтовых вод;

– позволит оптимизировать работу водоотливных установок, а также более точно выбрать оптимальную дату ввода их в эксплуатацию при разработке карьеров, высотная отметка дна которых ниже минимальной отметки уровня грунтовых вод на первоначальном этапе планирования;

– разделить календарный год на два периода, а именно период с минимальным и максимальным водопритоком. В период минимального объема водопритока порядок ведения горных работ остается неизменным. В период максимального происходит подтопление нижнего горизонта и предлагается вести отработку нижнего горизонта обратной гидравлической лопатой с нижним черпанием из-под воды;

– позволит снизить ежегодные затраты на электроэнергию и общее энергопотребление на 10 % на Татауровском месторождении при разделении календарного года на два периода и применение предлагаемых насосных агрегатов с учетом анализа динамики водопритока.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

РАЗРАБОТКИ ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫЕМОЧНОПОГРУЗОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПОНТОНЕ

месторождений твердых полезных ископаемых рассматриваются в трудах Трубецкого К.Н., Подэрни Р.Ю., Дроздова Л.Г., Крикуна В.Я., Гаркави Н.Г. и др. [19, 22, 33, 61, 68, 74-82].

3.1 Методика расчета работы совершаемой механизмами подъема ковша Для расчета параметров привода рабочего оборудования и выбора типоразмеров гидроцилиндров для экскаватора типа обратная механическая лопата принята методика Крикуна В.Я. [77]. На ее основе была дополнена методика расчета работы, совершаемой механизмами подъема рукояти экскаватора типа обратная механическая лопата, и построена расчетная схема с учетом обводненных условий (рисунок 3.1).

Основным показателем для выбора механизма привода рукояти, а именно типоразмера гидроцилиндра, является его необходимый объем, который находится следующим образом [77], л:

где Ап – полная работа, затрачиваемая на преодоление сопротивление грунта копанию и подъему рабочего оборудования с грунтом, кДж; Рр.ср – среднее рабочее давление в гидроцилиндре, МПа; р – приближенный КПД гидроцилиндра [77]; kп – угловое перемещение рукояти относительно стрелы.

Рисунок 3.1 – Схема к определению параметров работы по перемещению ковша от забоя до высоты разгрузки: Gк - сила тяжести ковша, кН; Gр - сила тяжести рукояти, кН; Gс сила тяжести стрелы, кН; hк, h`к - вертикальное перемещение центра масс ковша под водой и над водой, м; hр, h`р - вертикальное перемещение центра масс рукояти при нахождении ковша под водой и над водой, м; hс, h`с - вертикальное перемещение центра масс стрелы при нахождении ковша под водой и над водой, м; Fа – силы Архимеда, действующая на ковш с грунтом, кДж; – угол между максимально возможным нижним положением Полная работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления грунта копанию и подъему рабочего оборудования с грунтом (далее полная работа) из-под воды, кДж:

где Ар – работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления грунта копанию рукоятью, кДж; Апод – работа, затрачиваемая на преодоление сил тяжести элементов рабочего оборудования, кДж.

Работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления грунта копанию рукоятью, кДж:

где k1 – удельное сопротивление грунта копанию, кПа [40]; kэ – коэффициент энергоемкости; kо – коэффициент влияния обводнённых условий; q – вместимость ковша, м3; lк – длина ковша, м; Нр – глубина копания, м.

Коэффициент влияния обводнённых условий зависит от величины изменения коэффициента сцепления в породе в сухом и обводненном состоянии. Пример изменения коэффициента сцепления пород по данным Лешкова В.Г. [83, 84] приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Изменение коэффициента сцепления пород Плодородно растительный слой (ПРС) Коэффициента влияния обводнённых условий:

где kс.о – коэффициент сцепления в обводненных условиях или в мокром состоянии; kс.с – коэффициент сцепления в сухих условиях или сухом состоянии.

Коэффициент влияния обводнённых условий составил: глина – 0,03, ПРС – 0,09, крупный песок – 0,22.

Работа, совершаемая механизмами подъема рукояти при подъеме ковша от забоя до высоты разгрузки, кДж:

где Апод - работа, которая совершается при подъеме от забоя до уровня воды, кДж; Апод - работа, которая совершается при подъеме от уровня воды до высоты разгрузки, кДж.

При подъеме от забоя до уровня воды совершается работа, кДж:

где с - коэффициент полезного действия стрелового механизма ( с = р ); Gгк – сила тяжести грунта с ковшом, кН; Асв – работа, совершаемая на преодоление сопротивления движению ковша в воде, кДж; Ав – работа, совершаемая силой Архимеда на ковш с грунтом, кДж.

Работа, совершаемая на преодоление сопротивления движению ковша в воде, кДж:

где Fсв – сила сопротивления движению ковша в воде, кН [85].

Сила сопротивления движению ковша в воде, кН:

где – коэффициент сопротивления [85]; – плотность воды, =1 кг/м3; – скорость движения ковша под водой, м2/с; S – наибольшее поперечное сечение тела, м2.

Коэффициент сопротивления, кН:

при ламинарном движении ковша под водой при турбулентном движении ковша под водой где – фактор формы тела, = 0,806 [85]; Rе – критерий Рейнольдса.

Работа, совершаемая силой Архимеда на ковш с грунтом определяется как, кДж:

Работа, совершаемая от уровня вод до высоты разгрузки, кДж:

II I I I I

где hкI - вертикальное перемещение центра масс ковша над водой, м; Gгв сила тяжести грунта с водой в ковше, кН; hрI - вертикальное перемещение центра масс рукояти при нахождении ковша над водой, м; hсI - вертикальное перемещение центра масс стрелы при нахождении ковша над водой, м.

где mг – масса грунта в ковше, т; mв – масса воды в ковше, т; mк – масса ковша, т.

при Кн при Кн Н в + Н ч.max где Ну – высота уступа м; Нв – высота столба воды, м; Нч.max– максимальная высот черпания.

В рабочей и подготавливаемой зонах производят понижение уровня воды при условии:

где Нг.ч.max– максимальная глубина черпания, м.

В рабочей зоне ведется непосредственная отработка месторождения.

При этом по мере продвижения работ перегородка между подготавливаемой к выемке зоной и рабочей зоной демонтируется, соединяя эти зоны, и экскаватор перемещается в зону, подготовленную к выемке. Затем водонепроницаемая перегородка вновь разделяет обе зоны. К тому времени в отработанной зоне месторождения после понижения уровня воды до его естественного значения идет последующий демонтаж водонепроницаемых экранов. Экскаватор, находящийся на понтоне, после выемки пород или полезного ископаемого производит их погрузку в транспорт.

В качестве водонепроницаемого экрана предлагается шпунт Ларсена [95], месторождений без водоотлива составит, м:

где hmax – максимальная высота шпунта Ларсена, м; hу – глубина усадки шпунта в грунт, м; hmin – минимальный уровень воды в рабочей зоне, м:

где hп – максимальная осадка понтона, м; dmax – максимально возможный размер кусков породы или неотработанных целиков, м.

А максимальная высота отрабатываемого уступа при локальном регулировании составит, м:

где hв – разница между высотой шпунта Ларсена и высотной уровня вод от дна, м; Hч.max – максимальная высота черпания экскаватора на понтоне, м.

месторождений полезных ископаемых позволяет снизить эксплуатационные месторождений на первом этапе строительства карьера, а при отработке не глубоких карьеров позволит исключить процесс водоотлива и все связанные с ним процессы.

обводненных месторождений с выемкой из-под воды и установкой поверхность.

месторождений одним уступом или подуступами понтонным экскаватором или экскаватором, установленным на понтоне, с погрузкой в различные вида транспортирующего оборудования. Основным достоинством разработанных схем является исключение процесса водоотлива или сокращение объемов по откачке вод из карьера при полоном или частичном затоплении карьерного поля, что влечет за собой снижение общего энергопотребления.

Обоснованы основные технологические параметры при работе экскаватора на понтоне (понтонного экскаватора) с выемкой из-под воды.

Разработана методика расчета потерь в межшаговых целиках при освоении месторождений понтонными экскаваторами или экскаваторами на понтоне, а также предложены методы снижения или исключения потерь.

месторождений с локальным регулированием уровня воды в зоне работы выемочно-погрузочного оборудования. Основным достоинством данной схемы является снижение объемов по откачке вод из карьера, при регулировании уровня вод в зоне работы экскаватора, позволяя вести отработку месторождения, располагая выемочно-погрузочное оборудование ниже уровня грунтовых вод.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРЕДЛАГАЕМОЙ

ТЕХНОЛОГИИ В УСЛОВИЯХ РОССЫПИ В ДОЛИНЕ РЕКИ МАМОН

территории Мотыгинского района Красноярского края, РФ. Расположен участок в южной заангарской части Енисейского кряжа на площади листа ОXI. Локализовано месторождение в долине р. Мамон (левый приток р. Удерей) и протягивается вверх по долине реки от ее устья и до устья руч.

Афанасьевский и далее вверх по ручью на протяжении 16950 м.

Район работ представляет собой горно-таежную область со сложно расчлененным рельефом, образованным сочетанием широких, часто заболоченных, речных долин с широкими плоско-увальными водоразделами.

Абсолютные отметки района - от 450 до 750 м, относительные превышения водоразделов над тальвегами долин - 200-300 м. Крутизна склонов не превышает 15-20° и лишь на отдельных участках достигает 30°.

Обнаженность участков работ слабая, большая часть склонов задернована.

Коренные выходы пород приурочены к берегам рек и отдельным водоразделам. На крутых склонах нередко развиты курумы. Пологие части склонов и водоразделы закрыты сплошным чехлом рыхлых элювиальноделювиальных отложений мощностью до 3 м. У подножия выположенных склонов и в логах отмечаются покровы и конуса выноса делювиальнопролювиальных отложений мощностью 15-20 м. В долинах рек и ручьев мощность аллювия достигает 10-25 м.

Гидросеть района густая, представлена р.р. Бол. Пенченга, Удерей, Ишимба, Бол. Мурожная и их притоками. Это типичные горнотаежные реки, маловодные, порожистые с широкими (100-300 м) заболоченными долинами, с многочисленными завалами, что делает их несудоходными. Скорость течения 1,5 м/с, глубина до 1,5-2,0 м. Русловые отложения частично гидрокарбонатные, маломинерализованные, не агрессивные по отношению к строительным материалам, пригодны для бытовых и технических нужд.

Вскрышные работы планируется проводить экскаватором РС- (Komatsu) и бульдозером D 355А (Komatsu). Производительность по вскрыше составляет 284 тыс.м3/год.

Проектная мощность карьера определяется производительностью обогатительного оборудования и составляет 180 тыс.м3/год. При разработке месторождения и обогащении песков планируется применение промприбора ПГШ-50. Отработка планируется с 11 приборостоянок двумя промприборами ПГШ-50. Отработка планируется снизу-вверх по долине реки.

Всего по проектной документации объем эксплуатационных запасов составляет 1834,3 тыс.м3. Выемка песков экскаватором РС-200 (Komatsu) производится на полную мощность слоя песков, с дальнейшей погрузкой вынутых песков в автосамосвалы и их транспортировкой автосамосвалами к месту промывки на промежуточный склад.

Транспортировка песков на промежуточный склад у промприбора производится автосамосвалами КрАЗ-65055.

Режим работы принят сезонный, двухсменный с продолжительностью рабочей смены 10,0 часов, рабочая неделя - непрерывная.

Горно-подготовительные и вскрышные работы проводятся круглогодично, исключая период пиковых температур (75 дней: декабрьфевраль):

- продолжительность – 290 дней Добычные работы:

- окончание работ – 20 октября - продолжительность - 173 дня Фонд рабочего времени для инженерно - технических работников составляет - 365 дней, для рабочих - 290 дней. Заезд на участок и производство ремонтно-строительных и подготовительных работ - с февраля. Продолжительность безморозного периода – 95 день.

Продолжительность промывочного сезона принимается с – 1 мая по октября (173 дня). Это обусловлено наиболее экономичным режимом эксплуатации обогатительного оборудования по фактическим данным аналогичных работ.

Исходные данные для определения производительности:

среднечасовая техническая производительность по твердому – 50 м3/час;

число часов чистой работы - 20 часа;

начало промывочного сезона - 1 мая;

окончание промывочного сезона - 20 октября;

продолжительность промывочного сезона - 173 дня Границы и запасы карьера определяются характером положения и параметрами запасов в количестве:

геологические запасы категории С2:

- объем песков –1210,6 тыс.м3;

- среднее содержание на пласт химически чистого золота – 531 мг/м3;

- запасы по категории С2 –642,9 кг.

Эксплуатационные запасы с учетом потерь и разубоживания:

- общий объем песков – 1834,3 тыс.м3;

- среднее содержание золота в песках – 431 мг/м3;

- запас металла – 790,58 кг.

Максимальная мощность толщи россыпи – 10,3 м, минимальная – 1,8 м. Максимальная мощность песков составляет – 3,5 м, минимальная 0,7 м.

Максимальная мощность торфов составляет – 6,8 м, минимальная 1,1 м.

Для осушения карьерного поля проходятся дренажные зумпфы.

Дренажный зумпф является пионерной выработкой при подготовке предназначением имеет отвод грунтовых вод с полигона горных работ. В целях осушения карьерного поля производится откачка воды насосной станцией 1Д1250-63б, из зумпфа для понижения уровня грунтовых вод ниже горизонта залегания песков.

Предлагается вести горные работы с затоплением карьерного поля.

экскаватором Liebherr P 984 (с вместимостью ковша 4,7 м3 и глубиной черпания 13,3 м) в количестве 1 ед. на вскрышных и добычных работах. C установкой промприбора ПГШ-75 на понтон экскаватора со среднечасовой технической производительностью по твердому – 75 м3/час, годовая производительность составит 259,5 м3/год.

5.1 Технологические параметры при черпании из-под воды Предлагается вести отработку месторождения одним затопленным уступом на всю мощность месторождения.

5.1.1 Горные работы при работе черпании из-под воды одним уступом Теоретическая производительность гидравлического экскаватора, м3/ч:

где tц – время рабочего цикла, с.

формуле, м3/ч:

где kр – коэффициент разрыхления породы в ковше; tIр – время непрерывной работы на одном месте, ч; tIп – время зашагивания экскаватора на понтоне на следующее место работы, ч.

где Vг.м. – объем горной массы, вынимаемой экскаватором на понтоне с одного места стояния, м3 (при средней высоте уступа 5,1 м, шаг передвижки 10 м, радиусе черпания 16,6 м и ширине заходки 24,9 м составит 1269,9 м3).

На экскаватор устанавливается неперфорированный ковш.

Эксплуатационная производительность, м3/см:

где Т – продолжительность смены, ч; kу – коэффициент управления, зависящий от порядка отработки забоя, квалификации машиниста, наличия средств контроля и автоматики; kи – коэффициент использования экскаватора в течение смены, учитывающий организационные и технологические климатических условий [87, табл. 4.8].

Годовая производительность, тыс.м3/год:

где ncм - число рабочих смен в год, см.

Годовая производительность одной единицы Liebherr P 984 составит 667, производительность по горной массе в 464 тыс.м3/год.

5.1.2 Вспомогательные работы при работе черпании из-под воды одним строительства гидросооружений и насосного оборудования.

5.2 Расчет капитальных затрат на строительство предприятия необходимых для строительства и оснащения оборудованием россыпи в долине р. Мамон, расходов на подготовку капитального строительства и прироста оборотных средств, для нормального функционирования предприятия.

собственные финансовые средства.

Расчет затрат выполнен в ценах 2013 года.

Сумма затрат на горно-капитальные работы приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Смета горно-капитальных работ Способ начисления амортизации – потонная ставка, позволяющая распределять объемы амортизационных отчислений в зависимости от производительности предприятия. Годовая сумма амортизационных отчислений при производительности участка 180 тыс.м3 в год составила 350,6 тыс. руб., или 0,275 рубля на 1 м3 добытого золотосодержащего песка.

Наибольшие затраты вызваны проведением котлованов (98% затрат по смете).

Сумма затрат на строительство зданий и сооружений приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Смета капитальных затрат на здания и сооружения Наименование Транспортный цех Технологические Капитальные затраты на оборудование рассчитан в таблице 5.3. На россыпном месторождении в долине р. Мамон применяется система разработки с использованием экскаватора обратная лопата на вскрышных работах и на добычных работах.

Следовательно, при переходе на новую технологическую схему произойдет снижение затрат на покупку оборудования при неизменном объеме выпускаемой продукции.

Таблица 5.3 – Смета капитальных затрат на оборудование и величина амортизационных отчислений Экскаватор РСАвтокран Камаз Топливозаправщи Амортизация начислялась линейным способом, норма амортизации установлена исходя из срока службы оборудования. Укрупненный расчет капитальных затрат приведен в сводной смете (таблица 5.4).

Таблица 5.4 – Смета капитальных затрат на строительство предприятия Стоимость непредвиденных работ принимают в размере 5-10% от стоимости первой и второй части сметы.

В хозяйственной деятельности российских предприятий сложилась составляют 50% от потребности в оборотных средствах. Прирост оборотных средств выполняют за счет краткосрочных кредитов банка под Е % годовых:

где Е – норма дисконта или дохода банковской группы; Усбп – учетная ставка банковского процента или ставка рефинансирования центробанка РФ (Ставка рефинансирования ЦБ РФ на данный момент составляет 8,25 %); Скб – ставка коммерческого банка (Укб = 3 %). Проектно-сметная документация отображена в таблице 5.5 в виде нематериального актива.

Режим работы участка – сезонный 365 дней, число рабочих дней в неделю – 7, количество смен в сутки – 2 смены продолжительностью часов каждая: 1-я смена начинается в 8.00, 2-я в 20.00.

Коэффициент списочного состава где Тк – календарный фонд времени (составляет Тк= 365 дней); tпр -число праздничных дней в году; tвых – число выходных дней в году; tотп – продолжительность отпуска, дней; Кув – коэффициент, учитывающий отсутствие работников по уважительной причине.

В таблице 5.5 представлен расчет баланса рабочего времени одного рабочего.

Таблица 5.5 - Баланс рабочего времени одного рабочего п.п.

умножением явочной численности на коэффициент списочного состава.

Расчет фонда заработной платы сотрудников основных производственных процессов приведен в таблице 5.6.

Расчет фонда заработной платы вспомогательных рабочих представлен в таблице 5.7.

Фонд рабочего времени – месяц. Годовой фонд заработной платы основных производственных сотрудников составил на предприятии 2740,2 млн. рублей при списочной численности 14 человека в настоящее время и 1868,3 тыс. рублей при списочной численности 9 человек при использовании новой технологии.

Таблица 5.6 – Расчет фонда заработной платы сотрудников основных производственных процессов 1.1.

Помошник машиниста понтона Таблица 5.7 – Фонд заработной платы вспомогательных рабочих Топливозаправщик 565920 на Годовой фонд заработной платы вспомогательных сотрудников составит 10,654 млн. руб. при численности 21 человека при использовании новой технологии.

Численность руководителей и специалистов принята на основании утвержденных штатных расписаний в соответствии с принятой структурой, схемой управления и режимами работы предприятия и производственных участков. Фонд заработной платы руководителей и специалистов приведен в таблице 5.8.

Таблица 5.8 – Фонд заработной платы руководителей и специалистов № Наименование Месячный районным п.п. должностей оклад, руб коэффициентом 2 Главный инженер 1 120000,00 300000,00 3600,00 738,00 4338, Результаты расчетов данной главы приведены в таблице 5.9.

В настоящее время на предприятии численность ППП 52 человек.

При использовании предлагаемой технологической схемы численность ППП сократится до 38 человек.

Таблица 5.9 – План по труду и заработной плате п.п.

Численность промышленно-производственного персонала, всего Общий годовой фонд заработной платы, тыс.руб.

Средняя заработная плата на одного работника, руб/мес Средняя заработная плата на одного рабочего, руб/мес Производительность труда одного работника, м3.год./чел Производительность труда одного рабочего, м3.год./чел 5.4 Расчет себестоимости добычи полезного ископаемого Калькуляция себестоимости 1 г золота по статьям расходов определена дифференцированно по всем процессам.

В данной статье все затраты нормированы. Нормы определены путем деления годового объема вскрышных (себестоимость 1 м) или добычных (себестоимость 1 г) работ на годовую потребность в материалах. Расчет затрат по статье «Вспомогательные материалы» приведен в таблице 5.10.

Таблица 5.10 – Результаты расчета затрат по статье “Вспомогательные материалы” 1. 1. Подавляющее большинство расходов приходится на производство буровзрывных работ. Всего годовые затраты на вспомогательные материалы по основным работам составило 279,21 тыс.руб.

5.4.2 Расходы по эксплуатации и содержанию оборудования Затраты по заработной плате всех вспомогательных рабочих, затраты на материалы, используемые на ремонт оборудования и амортизация оборудования, используемого при ремонте. Подсчет расходов по статье сведен в таблицу 5.11.

Таблица 5.11 – Сводная смета затрат по содержанию и эксплуатации оборудования п.п.

Амортизация машин и оборудования Эксплуатация вспомогательного оборудования Эксплуатация основного оборудования Основная и дополнительная заработная плата вспомогательных Основная и дополнительная заработная плата основных Единый социальный налог Текущий ремонт оборудования Обязательное страхование от несчастных случаев Сумма затрат определена сметой по приведенной номенклатуре элементов. Величина расходов рассчитана, укрупнено в таблице 5.12.

Таблица 5.12 – Смета цеховых расходов Заработная плата цехового персонала Единый социальный налог Охрана труда и техника безопасности Содержание зданий и сооружений Текущий ремонт зданий и сооружений Амортизация зданий и сооружений Канцелярские и почтово-телеграфные расходы Ниже, в таблицах 5.13 и 5.14, приведены сводные калькуляции себестоимости 1 м вскрышных пород и 1 т руды.

Таблица 5.13 - Сводная калькуляция себестоимости 1 м вскрышных пород Вспомогательные материалы на технологические Основная заработная плата производственных Дополнительная заработная плата Таблица 5.14 – Сводная калькуляция себестоимости добычи 1 г золота Вспомогательные материалы на Основная заработная плата производственных рабочих Дополнительная заработная плата производственных рабочих Единый социальный налог эксплуатацию оборудования Погашение вскрышных работ Карьерная себестоимость Таким образом, себестоимость одной 1 г золота на предприятии составила 1147,4 рубля, а при использовании данной технологии составила 1016,87 руб.

5.5 Эффективность инвестиционного проекта системой показателей, отражающих соотношение затрат и результатов деятельности.

инвестиционного проекта:

– показатели коммерческой (финансовой) эффективности, учитывающие финансовые последствия реализации проекта для его непосредственных участников;

– показатели бюджетной эффективности, отражающие финансовые последствия осуществления проекта для федерального, регионального или местного бюджета;

– показатели экономической эффективности, учитывающие затраты и результаты, связанные с реализацией проекта, выходящие за пределы прямых финансовых интересов участников инвестиционного проекта и допускающие стоимостное измерение.

эффективности инвестиционного проекта осуществляют в пределах расчетного периода, продолжительность которого (горизонт расчета) принимают с учетом:

а) продолжительности создания, эксплуатации и (при необходимости) ликвидации объекта;

б) средневзвешенного нормативного срока службы основного технологического оборудования;

в) достижения заданных характеристик прибыли (массы или нормы прибыли);

д) требований инвестора.

Горизонт расчета измеряют количеством шагов расчета.

Шагом расчета при определении показателей эффективности в пределах расчетного периода могут быть: месяц, квартал или год.

Затраты, осуществляемые участниками, подразделяют на первоначальные (капиталообразующие инвестиции), текущие и ликвидационные, которые осуществляются соответственно на строительной, функционирования и ликвидационной стадиях.

При оценке эффективности инвестиционного проекта соизмерение (дисконтирования) их к ценности в начальном периоде. Для приведения разновременных затрат, результатов и эффектов используют норму дисконта (Е), равную приемлемой для инвестора норме дохода на капитал.

Дисконтирование показателя, относящегося к t-ому шагу, осуществляют путем умножения его текущего значения на величину t.

Результат сравнения двух проектов с различным распределением эффекта во времени может существенно зависеть от нормы дисконта. Поэтому объективный (или хотя бы удовлетворяющий всех участников) выбор ее величины достаточно важен.

В рыночной экономике норму дисконта определяют, исходя из депозитивного процента по вкладам или по ставке рефинансирования.

результатов и эффектов, имеющих место на t -ом шаге расчета реализации проекта, производят путем умножения на коэффициент дисконтирования t определяемый для постоянной нормы дисконта Е:

где t – номер шага расчета (0, 1, 2,…Т), а Т – горизонт расчета.

Сравнение различных инвестиционных проектов и выбор лучшего из них рекомендуют производить с использованием показателей:

- чистый дисконтированный доход (ЧДД) или интегральный эффект;

- индекс доходности (ИД);

- срок окупаемости.

5.5.2 Коммерческая эффективность инвестиционного проекта определяют соотношением финансовых затрат и результатов, обеспечивающих требуемую норму доходности.

Коммерческую эффективность рассчитывают как для проекта в целом, так и для отдельных участников с учетом их вкладов.

При этом в качестве эффекта на t-ом шаге (Эt) выступает поток реальных денег.

инвестиционная (1), операционная (2) и финансовая (3).

В рамках каждого вида деятельности происходит приток Пi (t) и отток Оi (t) денежных средств. Обозначают разность между ними через Фi (t):

где (i = 1,2,3); Ф1(t) является аналогом Rt-3+t.

Потоком реальных денег Ф(t) называют разность между притоком и оттоком денежных средств от инвестиционной и операционной деятельности в каждом периоде осуществления проекта (на каждом шаге расчета):

где Ф (t) является аналогом Rt - Зt.

Текущее сальдо реальных денег b (t) называют разность между притоком и оттоком денежных средств от всех трех видов деятельности (также на каждом шаге расчета).

Основные составляющие потока и сальдо реальных денег приведены в таблице 5.15.

Таблица 5.15 – Поток реальных денег от инвестиционной деятельности Особенностью этой таблицы является отсутствие ликвидации. Это вызвано полным начислением амортизации. Прирост оборотного капитала равен 10% от вложений в основной капитал. Под знаком “З” обозначены затраты на приобретение активов и увеличение оборотного капитала. Под знаком “П” – поступления, учитываемые со знаком “плюс”.

Поток реальных денег от операционной деятельности представлен в таблице 5.16.

Цена 1 г золота по данным центрального банка России Ц=1397,28 руб.

Таблица 5.16 – Поток реальных денег от операционной деятельности Внереализационные зданий, сооружений Амортизация, всего Поток реальных денег от финансовой деятельности приведен в таблице 5.17.

Таблица 5.17 – Поток реальных денег от финансовой деятельности Наименование показателя п.п 6 САЛЬДО финансовой деятельности з 124,42 -0,29 -0,96 -1,69 -2,48 -3,32 -4,24 -5,23 -8,96 -7, Кредиты берутся у местных банков, более охотно вкладывающих деньги в отечественную промышленность. На первом шаге дивиденды акционерам не выплачиваются.

5.5.3 Показатели эффективности инвестиционного проекта Чистый дисконтированный доход определен как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенную к начальному шагу, или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами.

приведенных эффектов к величине приведенных капиталовложений.

Срок окупаемости – период, в настоящей работе измеряемый в годах, начиная с которых первоначальные вложения и другие затраты, связанные с инвестиционным проектом, покрываются суммарными результатами его осуществления.

Эффективность инвестиционного проекта показана в таблице 5.18.

Таблица 5.18 - Эффективность инвестиционного проекта Поток реальных денег от инвестиционной Сальдо финансовой Сальдо накопленных Приведенный поток Приведенный чистый поток от операционной Приведенный поток приведенный поток реальных денег (ЧДД) Окупаемость общих капитальных затрат Индекс доходности Сравнение проектных данных и данных аналога приведено в таблице 5.19.

предлагаемых решений Годовая производительность В т.ч.основные средства Прибыль остающаяся в распоряжении предприятия, млн.руб. 34,18 52, Балансовая прибыль от планируемой реализации товарной продукции:

где Ц - оптовая рыночная цена единицы продукции, руб.; Сп –полная себестоимость единицы продукции, руб.; Ап – планируемый годовой объем реализации продукции, ед..

Рентабельность инвестируемого объекта:

где Фо – среднегодовая стоимость основных производственных фондов, тыс.руб.; Со – среднегодовая стоимость нормируемых оборотных средств, руб.

Сравнение технико-экономических показателей по предприятию и с применением разработанной технологической схемы одним затопленным уступом показало, что внедрение предлагаемого решения позволит снизить себестоимость добычи на 130,53 руб./г. Ожидается увеличение прибыли на 23,5 млн. руб., а ЧДД – на 48,29 млн. руб. Индекс доходности составил 3,13.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная задача по обеспечению рациональной отработки обводненных месторождений экскаваторным способом, имеющей важное значение для развития горнодобывающей отрасли России.

1. Исследования динамики водопритоков в течение года позволит:

снизить энергопотребление водоотливных систем за счет рационального выбора насосных станций и оптимизации их работы; исключить процесс водоотлива и все связанные с этим операции или снизить значительно объемы откачки воды из карьера в случаях отработки неглубоких месторождений, где высотная отметка дна карьера выше или равна минимальной отметке уровня грунтовых вод.

2. Представлена методика расчета работы, совершаемой механизмами подъема рукояти экскаватора типа обратная механическая лопата с учетом условий черпания из-под воды, позволит определить необходимые типоразмеры гидроцилиндров рукояти рабочего оборудования и сделать рациональный выбор двигателя насосной маслостанции.

3. Для уменьшения энергозатрат экскаватора предложен вариант перфорации ковша и экспериментально доказано, что применение перфорированного ковша позволит снизить энергопотребление экскаватора на 7-14 % при черпании из-под воды.

4. Разработана новая методика расчета параметров перфорации для различных условий, позволяющая определить конечный объем разгружаемой горной массы с учетом ее просыпи из ковша. Полученные результаты используются для расчета производительности экскаватора.

5. Установлено, что изменение коэффициентов влияния перфорации и наполнения ковша оказывает влияние на производительность экскаватора и его энергозатраты. При увеличении коэффициента влияния перфорации снижается производительность и энергопотребление экскаватора. В случае применения ковша без перфорации производительность экскаватора и его энергопотребление увеличиваются.

6. Разработаны технологические схемы отработки обводненных месторождений одним уступом или подуступами понтонным экскаватором или экскаватором, установленным на понтоне, с погрузкой в различные вида транспортирующего оборудования. Основным достоинством разработанных схем является исключение процесса водоотлива или сокращение объемов по откачке вод из карьера при полоном или частичном затоплении карьерного поля, что влечет за собой снижение общего энергопотребления.

7. Обоснованы основные технологические параметры при работе экскаватора на понтоне (понтонного экскаватора) с выемкой из-под воды и разработана методика расчета потерь в межшаговых целиках при освоении месторождений понтонными экскаваторами или экскаваторами на понтоне, а также предложены методы снижения или исключения потерь.

8. Сравнение технико-экономических показателей по предприятию и с применением разработанной технологической схемы одним затопленным уступом показало, что внедрение предлагаемого решения позволит снизить себестоимость добычи на 130,53 руб./г. Ожидается увеличение прибыли на 23,5 млн. руб., а ЧДД – на 48,29 млн. руб. Индекс доходности составил 3,13.

планировании горных работ на разрабатываемых и проектируемых обводненных месторождениях полезных ископаемых, а также в учебном процессе на кафедре «Открытые горные работы» ИГДГГ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волков, Ю.И. Развитие систем осушения глубокого карьера на основе гидродинамической модели Ковдорского месторождения [Текст] / Ю.И. Волков, А.А. Изотов, Т.Г. Сапожникова, В.Д. Прищенко, Г.С.

Мелихова // Горный журнал. – 2012. – №12. – С. 50-54.

2. Березин, С.Е. Водоотлив на предприятиях Rheinbraun и Ruhrkohle [Текст] / С.Е. Березин, В.Е. Лабутин, А.В. Григорьев, С.А. Кулумбетов // Горная промышленность. – 2003. – №2. – С. 47-49.

3. Толчев, В.В. Водоотлив в проекте сухой консервации карьера «Мир» [Текст] / В.В. Толчев, С.М. Спасов, Г.Н. Гензель, М.В. Якушенко, С.Е.

Березин, А.С. Трошин // Горная промышленность. – 2006. – №2. – С. 16-18.

4. Воропаев, Б.П. Проектные решения и опыт экплуатации системы осушения карьера Стойленского ГОКа, охрана и рациональное использование водных ресурсов района [Текст] / Б.П. Воропаев, Г.Н. Гензель, Е.С. Гладченко, Л.А. Еланцева, А.И. Пешков // Горный журнал. – 2011. – №6.

– С. 24-29.

5. Давыдов, А.С. Технические аспекты системы осушения карьеров на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова [Текст] / А.С. Давыдов, А.А.

Костылев, И.Э. Шкиль // Горный журнал. – 2012. – №7. – С. 29-39.

6. Костылев, Ю.В. Совершенствование технологии разработки обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук : 25.00.22 / Ю.В.

Костылев; Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева). – Владивосток, 2010. – 21 с.

7. Указ Президента РФ от 7 июля 2011 г. № 899 "Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации".

8. Личаев, В.Р. Руководство по выбору и проектированию систем водоснабжения, водоотведения и способом водоподготовки при разработке россыпных месторождений [Текст] / В.Р. Личаев, Л.Н. Есеновская, Ю.М.

Чикин. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1990. – 160 с. – ISBN 5-7430-0294-0.

9. Плотников, Н.А. Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод [Текст] / Н.А. Плотников, В.С. Алексеев. – М.: Стройиздат, 1990. – 256 с. – ISBN 5-274-01115-2.

E02D19/10. Система водоотлива глубоких карьеров [Текст] / Ушаков В.Я.;

заявитель и патентообладатель Акционерная Компания "АЛРОСА" (ЗАО). – № 2004116037/03; завял. 25.05.2004; опубл. 10.02.2006, Бюл. №2. – 6 с.

11. Абрамов, С.К.

Защита карьеров от воды [Текст] / С.К. Абрамов, М.С. Газизов, В.И. Костенко. – М.: Недра, 1976. – 230 с.

12. Иванов, С.В. Гидрогеологическое обоснование способов и схем осушения железорудных месторождений, разрабатываемых открытым способом: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. геол.минерал. наук: 04.00.06 / С.В. Иванов; Государственный орден трудового красного знамени союзный институт по проектированию предприятий горнорудной промышленности Гипроруда. – Ленинград, 1984. – 19 с.

13. Пат. 2187649 Российская Федерация, МПК7 E21C41/26, E02D19/00. Способ щелевого водопонижения на карьерах [Текст] / Зобнин В.И., Чижов Е.А., Лукичев В.Г.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Уральский научно- исследовательский и проектный институт медной промышленности "Унипромедь". – № 2001115544/03; завял.

05.06.2001; опубл. 20.08.2002. –5 с.

14. Пат. 2330143 Российская Федерация, МПК E02D19/00. Способ защиты карьеров от подземных вод [Текст] / Ведяшкин А.С.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный университет". – № 2007104514/03; завял. 05.02.2007; опубл.

27.07.2008. – 5 с.

15. Арсентьев, А.И. Устойчивость бортов и осушение карьеров [Текст] / А.И. Арсентьев, И.Ю. Букин, В.А. Мироненко. – М.: Недра, 1982. – 165 с.

16. Кнаупе, В. Устройство котлованов и водопонижение [Текст] / В.

Кнаупе, Пер. с нем. М.Ф. Губина, под ред. В.Н. Бурлакова, В.В. Сорокина. – М.: Стройиздат, 1988. – 376 с. – Перевод изд.: Baugruben sicherung and wasser halting / VEB Verlag fur Bauwesen, Berlin, 1979. – ISBN 5-274-00216-1.

17. Гузеев, А.А. Систематизация современных способов подготовки и разработки обводненных месторождений [Текст] / А.А. Гузеев, В.Е.

Кисляков, А.Ю. Ефремов // Современные технологии освоения минеральных ресурсов: сб. материалов 10-й Международной науч.-техн. конф. – Красноярск: ИПК СФУ, 2012. – С. 116-126.

18. Волкова, Ю.И. Развитие систем осушения глубокого карьера на основе региональной гидродинамической модели ковдорского месторождения [Текст] / Ю.И. Волкова, А.А. Изотов, Т.Г. Сапожникова, В.Д.

Прищенко, Г.С. Мелихова // Горный журнал. – 2012. – №10. – С. 50-54.

19. Трубецкой, К.Н. Справочник. Открытые горные работы [Текст] / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Виницкий, Н.Н. Мельников и др. – М., Горное бюро, 1994. – 590 с. – ISBN 5-900697-01-0.

20. Пат. 2261331 Российская Федерация, МПК7 E21C41/26. Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых [Текст] / Зуев В.М., Милушкова В.А., Валуеев Е.П., Заостровцев В.Н., Сафонов В.Л., Лесков М.И.; заявитель и патентообладатель Милушков Виктор Адольфович.

– № 2002101168/03; завял. 21.01.2002; опубл. 27.09.2005. – 2 с.

21. Пат. 2081321 Российская Федерация, МПК6 E21C41/26. Способ разработки алмазоносных кимберлитовых трубок [Текст] / Добросмыслов В.Г., Левченко В.А., Фортыгин В.С., Гуськов Ю.А., Вержак В.В., Валуев Е.П., Степанов А.Н., Горохов И.Ю.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество закрытого типа "Севералмаз". – № 94032935/03;

завял. 06.09.1994; опубл. 10.06.1997. – 3 с.

22. Гаркави, Н.Г. Машины для земляных работ: Учебник [Текст] / Н.Г.

Гаркави, В.И. Аринченков, В.В. Карпов и др.; под ред. Н.Г. Гаркави. – М.:

Высш. школа, 1982. – 335 с.

23. Пат. 2214510 Российская Федерация, МПК7 E21C50/00.

Глубоководный добычной комплекс и телеуправляемый подводный робот [Текст] / Шестаченко Ф.А., Маракуца Г.С., Тетюхин В.В., Львович Ю.А., Ястребов В.С., Човушян Э.О., Терехов А.Н., Каплун Ф.В., Хервиг Кнут.;

заявитель и патентообладатель Шестаченко Флориан Александрович. – № 2002130516/03; завял. 14.11.2002; опубл. 20.10.2003. – 10 с.

24. Пат. 2387570 Российская Федерация, МПК B63G8/00, B63G8/38, B63C11/00. Малогабаритный телеуправляемый подводный аппарат [Текст] / патентообладатель Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН). – № 2008152474/11; завял. 29.12.2008; опубл. 27.04.2010.

– 3 с.

25. Пат. 94031931 Российская Федерация, МПК6 E21C41/26. Способ открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых площадного залегания [Текст] / Кульбацкий В.Б., Назима В.Н., Сютьев С.А.;

заявитель и патентообладатель Кульбацкий В.Б., Назима В.Н., Сютьев С.А. – № 94031931/03; завял. 05.09.1994; опубл. 27.07.1996. – 6 с.

26. Пат. 2165018 Российская Федерация, МПК7 E21C41/00. Способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемы [Текст] / Зельберг А.С., Крамсков Н.П., Лобанов В.В.; заявитель и № 99115498/03; завял. 14.07.1999; опубл. 10.04.2001. – 6 с.

27. Пат. 2081321 Российская Федерация, МПК6 E21C41/26. Способ разработки алмазоносных кимберлитовых трубок [Текст] / Добросмыслов В.Г., Левченко В.А., Фортыгин В.С., Гуськов Ю.А., Вержак В.В., Валуев Е.П., Степанов А.Н., Горохов И.Ю.; заявитель и патентообладатель Акционерная компания "АЛРОСА" ЗАО. – № 94032935/03; завял. 06.09.1994;

опубл. 10.05.1997. – 8 с.

28. Пат. 2083838 Российская Федерация, МПК6 E21C41/30. Способ разработки россыпных месторождений [Текст] / Еремин А.А.; заявитель и патентообладатель Еремин А.А. – № 95109275/03; завял. 05.06.1995; опубл.

10.07.1997. – 6 с.

29. Пат. 2465405 Российская Федерация, МПК Е02D19/00. Способ Пономаренко Ю.В., Росляков О.А.; заявитель и патентообладатель Мачехина И.Ю., Пономаренко Ю.В., Росляков О.А. – № 2010141324/03; завял.

07.10.2010; опубл. 27.10.2012. – 6 с.

30. Пат. 2301336 Российская Федерация, МПК Е21С45/00. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых [Текст] / Британ И.В.;

№ 2005125512/03; завял. 10.08.2005; опубл. 20.06.2007. – 5 с.

31. Сандалов, В.М. Обоснование способов повышения эффективности технологии добычи угля при открытой разработке обводненных месторождений: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.

техн. наук: 05.15.03 / Сандалов Валентин Михайлович; НТЦ-НИИОГР. – Челябинск, 2000. – 21 с.

32. Голик, В.И. Разработка обводненных нагорных месторождений [Текст] / В.И. Голик // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 1999. – № 3. – С. 69-70.

33. Современное оборудование и технологии для подводной добычи http://library.stroit.ru/articles/podvod/ (дата обращения: 17.04.2014).

34. Хохряков, В.С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых / В.С. Хохряков. – М.: Недра, 1991. – 336 с. – ISBN 5-247-01391Экскаваторы понтонные. [Электронный ресурс] – режим доступа:

http://www.liebherr.com/EM/ru-RU/region-CA/products_em.wfw/id-1040measure-metric (дата обращения: 17.04.2014).

36. Официальный сайт компании Nautilus Minerals Inc ("Nautilus") http://www.nautilusminerals.com/s/Home.asp (дата обращения: 17.04.2014).

37. Гидравлический транспорт. Горная энциклопедия / В. В. Трайнис.

dic.com/enc_rock/Gidravlicheski-transport-2165.html (дата 17.04.2014).

38. Гидротехническое строительство. Официальный сайт компании http://www.liebherr.com/EM/ru-RU/region-(gus)/products_em.wfw/id-694measure-metric (дата обращения: 17.04.2014).