Рисунок 17. Граф вариантов систем открытой разработки месторождений п.и.
Жирным показано сочетания горно-транспортных машин на угольном и апатитовом карьерах, обеспечивающих минимальные затраты на добычу полезного ископаемого
Классификация объединяет признаки, заложенные в классификациях проф. Е.Ф.Шешко – направление перемещения вскрышных пород, акад. Н.В.Мельникова – механизация горных работ и акад. В.В.Ржевского – направление перемещения фронта работ в пределах рабочей зоны карьера.
В классификации каждый вариант системы разработки состоит из трёх частей: технология вскрышных работ, технология добычных работ и вскрытие карьерного поля и рабочих горизонтов. Каждая часть представляет цепь звеньев, определяющих технологию, механизацию и конструктивные средства технологических потоков на карьере. Звенья технологий, механизации процессов и средств вскрытия представлены в порядке возрастания их энергоёмкости. Номера звеньев в каждой части представляют собой шифр, а их последовательность- вариант системы открытой разработки месторождения полезного ископаемого. Количество вариантов систем открытой разработки по теории графов равно числу возможных сочетаний звеньев в цепи каждой части и частей между собой .
Оценка эффективности каждого варианта систем разработки производится по энергетической теории открытых горных работ суммой энергопоглощений в технологических процессах всех звеньев, составляющих систему разработки.
Метод энергетической оценки технологии горных работ учитывает природные условия месторождения, свойства разрабатываемых горных пород, взрывчатых и энергетических материалов, параметры технологии горных работ, горных и транспортных машин, конструкцию вскрывающих горных выработок и технологию переработки полезного ископаемого. Энергетические показатели метода (удельное энергопоглощение) базируются на физических законах, измеряемых параметрах и показателях и не зависят от уровня и колебания цен на оборудование, материалы и энергию.
Учитывая пропорциональность экономических затрат энергопоглощению, эффективность каждого варианта систем разработки оценивается величиной энергопоглощения в Дж/т или Дж/м3. Вариант с меньшим значением энергопоглощения в совокупности звеньев показывает экономическую эффективность принятых решений в выборе системы разработки в конкретных природных условиях месторождения.
Все системы разработки, сохраняя наименования академика Н.В.Мельникова, разделены по величине энергопоглощения на пять групп:
А - бестранспортная (1,2), с минимальным энергопоглощением;
Б - транспортно-отвальная (3), с малым энергопоглощением;
В - комбинация (А+Б) бестранспортной и транспортно-отвальной (4), со средним энергопоглощением;
Г - транспортная (5,6,7,8), с максимальным энергопоглощением;
Д - комбинация (А+Б+Г) бестранспортной, транспортно-отвальной и транспортной (9,10), с большим энергопоглощением.
Например, удельное энергопоглощение (энергозатраты) разработки Райчихинского угольного месторождения системой разработки 1.2.1/1.1.4/1.1.2 (1 - перевалка вскрыши 2 - драглайном в выработанное пространство 1 - без использования транспорта; 1 - добыча полезного ископаемого мехлопатой, 1 - валовой выемкой с доставкой из карьера 4 - железнодорожным транспортом; вскрытие карьерного поля 1 - общей внешней наклонной траншеей с 1 - простой трассой, вскрытие рабочего горизонта 2 - наклонной и продольной разрезными траншеями) составляет 1495 МДж/м3 относится к группе А классификации систем разработки по признаку энергозатрат на добычу полезного ископаемого открытым способом.
Удельное энергопоглощение разработки апатитового месторождения в Хибинах на Кольском полуострове системой разработки 6.1.6/1.1.7/2.3.3 (6 - перевозка вскрыши от 1 - мехлопат на внешние отвалы 6 –автотранспортом; 1- добыча полезного ископаемого мехлопатами, 1 - валовой выемкой, с доставкой его из забоев 7 - комбинированным транспортом: до рудоспусков автотранспортом, после рудоспусков до обогатительной фабрики железнодорожным транспортом; вскрытие карьерного поля 2 - внутренней наклонной групповой бермой со 3 - спиральной трассой, вскрытие рабочих горизонтов 3 - наклонными и поперечными разрезными траншеями) составляет 48359 МДж/м3 относится к группе Г классификации систем разработки по признаку энергозатрат на добычу полезного ископаемого открытым способом
Классификация объединяет и систематизирует по энергетическому признаку технологии вскрышных и добычных работ, вскрытие карьерного поля и рабочих горизонтов и средств механизации горных работ в различных природных условиях месторождений. Она предназначена для анализа эффективности систем разработки существующих горных предприятий, добывающих полезное ископаемое открытым способом в конкретных природных условиях, а также при проектировании новых горных предприятий для выбора и обоснования систем разработки конструированием и сравнением вариантов с использованием компьютерного моделирования с числовыми параметрами энергозатрат элементов системы разработки.
Глава 5
Энергетическая оценка
систем разработки
1.5 Энергетическая оценка технологии вскрышных работ
Энергетическим показателем оценки технологии вскрышных работ, т.е. части систем разработки, являться совершаемая работа. Согласно технологии открытых горных работ объем породы определенной массы, находящийся в забое вскрышного уступа, перемещается на некоторое расстояние в отвал.
Единица массы горной породы, перемещаемая из массива в отвал или к пункту назначения с энергетических позиций оценивается как совершаемая работа силы (F) на расстоянии ( L),
А = F- L, Дж.
Единица горной массы поглощает энергию в результате совершаемой над ней работы и представляет собой энергопоглощние или энергозатраты.
Для перемещения объема породы в заходке шириной В (м), высотой h (м) и длиной 1 (м) на расстояние L (м) необходимо совершить работу
A=(Bhl)ρаL, Дж,
где ρ - плотность породы, кг/м3,
а - ускорение, м/с2 .
Количественно энергозатраты зависят от свойств горных пород, его объема и параметров трассы перемещения, то есть кинематики перемещения.
Кинематика перемещения вскрышных пород в свою очередь зависит от горно-геологических условий месторождения и системы разработки.
Путь перемещения может быть простым, состоящим из одного или двух участков, или сложным - трех и более участков.
В системах разработки с поперечным перемещением вскрышных пород, относительно фронта работ, кинематическая схема строится следующим образом. При непосредственной перевалке вскрыши в выработанное пространство, участок пути перемещения один - это путь от забоя до места разгрузки в отвал. Система разработки с кратной экскаваторной перевалкой вскрышных пород представлена двумя и более участками перемещения: участок от забоя до отвала и участок внутри отвала при переэкскавации. Система разработки с перемещением вскрышных пород отвалообразователями или транспортно-отвальными мостами также состоят из двух участков - участок от забоя до загрузочной консоли и участок перемещения вскрыши отвалообразователем в отвал.
Кинематика перемещения вскрыши в системах разработки с продольным перемещением пород в отвалы транспортными средствами более сложная. Здесь возможны различные варианты в зависимости от горно-геологических условий месторождения. Если перемещение вскрыши осуществляется во внутренние отвалы, то путь делится на участок продольного перемещения по рабочим уступам карьера, участок по торцевой части карьера и участок перемещения на отвале.
Кинематика перемещения вскрыши в системах разработки с колесным транспортом на крутопадающих месторождениях зависит от геометрии эксплуатационного пространства карьера и может быть разделена на участки: в рабочей зоне, на бортах, поверхности и отвале.