Принципы и методы проектирования лимитов открытых горных работ
Особенности открытой добычи полезных ископаемых. Открытая добыча полезных ископаемых – это добыча руды на поверхности с использованием специального горно-транспортного оборудования. Его отличительной особенностью является необходимость вскрытия вмещающих пород и вскрышных пород и вывоза руды или породы на поверхность по наземным или подземным транспортным путям. Этот метод широко применяется для добычи металлических руд, металлургического сырья, строительных материалов, химического сырья и угля.
По сравнению с подземной добычей открытая добыча, поскольку она ведется на открытом пространстве, имеет следующие характеристики:
(1) Рабочее пространство относительно свободно, что облегчает использование крупногабаритного механизированного оборудования. Высокий уровень механизации и автоматизации позволяет увеличить интенсивность горных работ и объёмы добычи руды.
(2) Высокая производительность труда.
(3) Снижение затрат на добычу полезных ископаемых, что делает возможной крупномасштабную разработку низкосортных руд.
(4) Меньшие потери руды и разубоживание, что благоприятно для извлечения минеральных ресурсов.
(5) Более короткие сроки разработки; капитальные затраты на годовую тонну руды ниже, чем при подземной добыче.
(6) Для горячих или горючих рудных тел открытая добыча может быть безопаснее подземной.
(7) Лучшие условия труда и более безопасная работа в целом.
(8) Открытые горные работы сопровождаются значительными выбросами пыли и выхлопных газов транспортных средств; взорванная порода, содержащая вредные компоненты, может в некоторой степени загрязнять окружающий воздух, воду и почву.
(9) Большие объемы вскрышных пород складируются на отвалах; объекты размещения отходов занимают значительные площади (горы, сельскохозяйственные угодья) и могут локально ухудшать состояние окружающей среды.
(10) Погодные условия, такие как снег, лед и сильный дождь, могут отрицательно повлиять на работу открытых карьеров.
Определение границ горных работ (границ карьера) является основой проектирования открытых карьеров и предпосылкой экономически эффективной и безопасной эксплуатации. Исследователи и практики во всем мире уже давно изучают оптимизацию границ карьеров и добились существенных результатов. Однако, поскольку открытые карьеры сталкиваются со сложными, изменчивыми геологическими телами, неравномерным распределением содержаний и изменяющимися экономическими параметрами — нелинейными и динамическими факторами — определение оптимальных границ карьера остается сложной задачей. В данной статье рассматриваются ключевые вопросы оптимизации границ карьеров: рассматриваются предыдущие работы, анализируются динамические характеристики границ карьеров, изучаются основные факторы, влияющие на конечный устойчивый угол откоса, предлагаются методы прогнозирования разумного конечного откоса и изучаются быстрые методы генерации рядов границ карьеров и определения конечной границы карьера. Основанное на инженерной практике и современных разработках и с использованием междисциплинарной теории и методов, исследование представляет собой систематическое, глубокое исследование со значительной теоретической и практической ценностью.
Принципы проектирования границ карьера. Размер границ карьера определяет объёмы руды и вскрышных пород, подлежащих выемке. По мере углубления и расширения границ карьера увеличивается тоннаж руды, но также существенно увеличивается и объём вскрышных пород, что приводит к увеличению коэффициента вскрыши. Таким образом, определение границ карьера, по сути, сводится к контролю коэффициента вскрыши, чтобы он не превышал экономически приемлемый коэффициент вскрыши.
Несколько видов коэффициентов вскрыши связаны с размером карьера. Вопрос о том, какой коэффициент вскрыши следует контролировать, является предметом дискуссий; в статье представлены три исторически ранние и репрезентативные научные точки зрения и соответствующие им критерии проектирования:
(1) Коэффициент вскрыши на границе карьера не должен превышать экономический коэффициент вскрыши. Этот критерий требует, чтобы коэффициент вскрыши на границе карьера не превышал экономически обоснованный коэффициент вскрыши. Его суть заключается в обеспечении того, чтобы по мере углубления карьера предельная экономическая выгода от открытой добычи была не хуже, чем от подземной добычи. Для выдержанных рудных тел с тонкой вскрышей этот принцип имеет тенденцию максимизировать общую прибыль от месторождения. Поскольку он направлен на оптимизацию общего экономического результата и прост в расчетах и применении, критерий ≤ широко используется при ручном проектировании границ карьера как внутри страны, так и за рубежом. Однако для месторождений с мощной или прерывистой вскрышей этот критерий может оказаться неподходящим; таким образом, он является необходимым, но недостаточным условием для оптимальной границы карьера.
(2) Средний коэффициент вскрыши не больше экономического коэффициента вскрыши Этот критерий направлен на контроль общих экономических показателей открытой добычи, чтобы они не были хуже подземной добычи. Цель состоит в том, чтобы максимизировать извлекаемую руду в пределах области карьера, гарантируя, что общая экономика открытого карьера не опустится ниже, чем у подземной добычи. Поскольку он использует среднее арифметическое, некоторые местные районы могут экономически невыгодны по сравнению с подземными методами. Критерий ≤ среднего может использоваться в сочетании с критерием ≤ границы карьера: после определения контура карьера по критерию границы карьера следует проверить средний коэффициент вскрыши в пределах этого предела. Этот критерий часто применяется для ценных, редких минералов или небольших месторождений, когда желательно максимизировать добычу открытым способом (для минимизации разубоживания и потерь руды). Он также широко используется для карьеров по добыче камня и известняка.
(3) Коэффициент вскрыши при добыче не больше экономического коэффициента вскрыши Коэффициент вскрыши при добыче отражает фактическое отношение вскрыши к руде, наблюдаемое в течение производственного цикла рудника. Применение критерия ≤ добычи гарантирует, что на любой стадии добычи экономический результат открытой добычи не будет хуже, чем подземной добычи. Коэффициент вскрыши при добыче может быть равновесным коэффициентом добычи или несбалансированным (зависящим от времени) коэффициентом вскрыши. Границы карьера, полученные из критерия добычи, меньше, чем из критерия границ карьера, но больше, чем из критерия среднего значения, и, таким образом, приводят к более высоким первоначальным инвестициям в вскрышу и развитие. Поскольку коэффициент вскрыши при добыче трудно точно определить, а его связь с глубиной сложна, этот критерий менее практичен и используется редко.
Элементы ограничений на открытые горные работы 3.1. Конечный угол откоса и структура откоса. Конечный (окончательный) угол откоса карьера существенно влияет на безопасность производства и экономические показатели. С экономической точки зрения, более крутой (больший) откос предпочтительнее, поскольку меньший угол откоса увеличивает вывоз пустой породы и коэффициент вскрыши. Однако чрезмерные углы откоса могут привести к неустойчивости и поставить под угрозу безопасность. Поэтому конечный угол откоса должен соответствовать как требованиям устойчивости (безопасности), так и эксплуатационным (горным) требованиям.
Требование к устойчивости заключается в том, что, исходя из свойств горного массива и анализа устойчивости, конечный угол откоса должен обеспечивать устойчивость откоса. На этапе проектирования границ карьера конечные углы откоса, как правило, выбираются с учётом аналогичных шахт, а затем подвергаются предварительному анализу устойчивости и упрощённым расчётам с использованием имеющихся данных.
3.2 Ширина и расположение дна карьера (1) Минимальная ширина дна и её значения. Минимальная ширина дна карьера должна обеспечивать безопасную работу горнодобывающего и транспортного оборудования. Как правило, она не должна быть уже ширины траншеи (первоначального реза); минимальное значение определяется техническими характеристиками оборудования и расчётами схемы транспортировки.
(2) Расположение дна и геометрически подобные (самоподобные) границы карьера. Основным критерием определения положения дна карьера является минимизация среднего коэффициента вскрыши в пределах карьера. Иногда дно карьера корректируется относительно зон породно-механических или структурных свойств таким образом, чтобы конечные откосы не попадали в зоны трещиноватости или структурной слабости, что повышает устойчивость и упрощает взрывные работы.
В зависимости от горизонтальной мощности рудного тела возможны три варианта расположения пола карьера:
Если горизонтальная мощность рудного тела меньше минимальной ширины дна, плоскость пола карьера проведите до минимальной ширины.
Если горизонтальная мощность равна или немного превышает минимальную ширину дна, ширину пола карьера устанавливают равной мощности рудного тела.
Если горизонтальная мощность рудного тела значительно превышает минимальную ширину забоя, следует использовать минимальную ширину забоя.
Выбранное положение должно обеспечивать максимальную извлекаемость руды, минимизацию отходов и получение руды наилучшего качества, т.е. максимальную экономическую выгоду.
Потому что действительный яма днища иметь ненулевой ширины, геометрически похожий яма пределы являются нет полностью применимый. В дизайн, определять то яма пол расположение к случаи: (i) на плоский местность, оба толстый и тонкий рудные тела может форма геометрически похожий яма пределы; (ii) на наклонный местность, если то горизонтальный толщина является больше чем то минимум ширина то яма является похожий-в форме, тогда как тонкий рудные тела с горизонтальный толщина меньше чем то минимум ширина должен встретиться дополнительный ограничения.
(3) Дизайн метод для геометрически похожий яма пределы A геометрически похожий яма предел является то теоретический оптимальный нижний расположение что минимизирует то средний зачистка соотношение—в эффект то оптимальный нижний позиция когда нижний ширина подходы ноль.
3.3 Яма глубина Яма-предел дизайн критерии по сути определять то экономически оправдано яма глубина. В зависимости от на рудное тело непрерывность и ударять длина, ямы может быть классифицировано как длинный ямы или короткий ямы. Если то длина-к-ширина соотношение превышает 4:1, то яма является дддхххлонгдддххх и то конец-стена руда объем является относительно маленький; в руководство дизайн, то конец-стена вклад является часто незначительный. Если то соотношение является меньше чем 4:1, то яма является "short" и то конец-стена руда может счет для 15–20% или более из то общий и должен быть обдуманный.
(1) Предварительный определение из яма глубина на геологический крест-разделы Три методы существовать для определяющий яма глубина на геологический крест-разделы: (a) аналитический метод, (b) графический метод, и (c) план-анализ (схема-анализ) метод. The план-анализ метод является большинство широко использовал. Его шаги являются: 1) предложить несколько кандидат яма глубины; 2) вычислить то яма-предел зачистка соотношения для каждый глубина; 3) сюжет анализ кривые и выбирать ан исходный глубина.
(2) Регулировать нижний высота на крест-разделы Регулировать то яма-нижний высота на крест-разделы; то скорректировано высота является то дизайн яма глубина.
(3) Очертить то открыть-яма пределы (руководство метод) Руководство разграничение из яма пределы включает в себя три главный шаги:
Рисовать то теоретический периметр из то яма пол в то дизайн глубина: на каждый крест-раздел, продольный раздел и вспомогательный раздел рисовать то яма предел в то дизайн глубина; затем сюжет a план из то стратиграфический горизонт в что высота. Проект то конечные точки из то яма пол от то раздел просмотров на то план и присоединиться их к получать то теоретический пол периметр. Гладкий то полилиния в a изгиб к форма то дизайн яма пол периметр. Проверять что то пол размеры встретиться перевозка-макет и оборудование-операция требования—прямолинейность, кривизна радиусы, и пол длина должен удовлетворить технический стандарты.
Рисовать то яма предел: на то топографический-геологический план, сюжет то дизайн пол периметр и затем, от внутри вне, рисовать лавка пальцы ног и гребень линии для каждый лавка (i.e., скамейки и склоны) согласно к то выбранный склон элементы. Депрессия части из то яма форма закрыто лавка пальцы ног на то план; склон холма части может иметь лавка палец на ноге линии что галстук в контур линии из то такой же высота.
Рисовать то финал-яма план: на то яма-предел план, класть вне перевозка и разработка дороги (линия маршрутизация), затем от то нижний наружу рисовать лавка лица и платформы для то финал конфигурация. Также дизайн интер-лавка рампа платформы где необходимый. Проверять и регулировать то исходный яма-предел план с дорога маршрутизация и разработка ограничения может расслабляться склон углы и увеличивать зачистка.
(4) Рисовать яма-предел крест-разделы С использованием то финал яма план, рисовать три представитель крест-разделы в то соответствующий весы. The продольный раздел линия является нарисованный через то план’s ключ нижний-ширина точек; с использованием лавка ширины, последовательно проект вверх к полный то крест-разделы.
Определение и Оптимизация из Открыть-Яма Пределы С использованием то обычно применяемый дизайн принципы описанный выше, то метод и шаги для яма-предел определение и оптимизация являются как следует:
(1) Определять яма глубина. Для удлиненный ямы, первый определять глубина на каждый геологический крест-раздел и затем регулировать нижний высота с использованием продольный разделы. Для короткий ямы с большой глубина-к-ширина соотношения, учитывать эффекты из конец-стена расширение. Если глубина не может быть определенный напрямую от разделы, вычислить яма-предел зачистка соотношения на план просмотров для несколько кандидат глубины и выбирать то глубина где то яма-предел зачистка соотношение равны то экономически разумный зачистка соотношение.
(2) Определять то яма-пол периметр на план. The яма пол ширина может быть больше или меньше чем то рудное тело горизонтальный толщина, но должен встретиться то минимум ширина требование. The принцип является к максимизировать руда восстановление пока минимизация напрасно тратить. The минимум нижний ширина должен гарантировать безопасный производство и нормальный операция из добыча полезных ископаемых и перевозка оборудование; в упражняться это соответствует к то стартер-траншея ширина и зависит от на метод и оборудование—обычно нет меньше чем 20–30 m для безопасность.
После фиксация то нижний высота и конец позиции, рисовать то теоретический пол периметр к проецирование конечные точки от крест-разделы на то стратиграфический план в то дизайн высота и подключение их. Для перевозка удобство, то пол периметр должен быть как прямой как возможный; изогнутый части должен удовлетворить минимум кривизна радиусы для оборудование.
(3) Определять склон структура и склон углы. Склон стабильность является существенный для безопасный производство. Правильный выбор из склон угол является то начальный означает из обеспечение стабильность. В пределах то пределы из технический и стабильность требования, усыновить то самый крутой достижимый финал склон угол к минимизировать напрасно тратить удаление. Когда параметр склон углы, учитывать камень масса характеристики, геологический структура, гидрогеология, добыча полезных ископаемых метод и оборудование, запланировано мой жизнь и климат. Где возможный, руководить камень-механический тесты и выполнять склон стабильность расчеты. Потому что существующий расчет методы являются нет всегда идеальный, в упражняться финал склон углы являются часто выбранный с ссылка к аналогичный мины и эмпирический данные.
(4) Рисовать то финал-план вид. Шаги включать:
Передача то определенный яма-пол периметр на прозрачный бумага и наложение это на то топографический-геологический карта; от то внутри вне рисовать лавка пальцы ног согласно к склон элементы.
Класть вне перевозка дороги.
Обзор и исправлять то предварительный финал-яма план.
Проект то завершено план на крест-разделы так что раздел пределы соглашаться с то план. Потому что склон угол, пол ширина и глубина сильно оказывать воздействие финал яма пределы, a динамический оценка индекс система может быть учредил к модель и оптимизировать открыть-яма пределы. Улучшено БП нейронный сеть алгоритмы может быть использовал к конструкция прогноз модели для стабильный финал склон углы. Три-размерный компьютер симуляция может поддерживать эффективный, визуальный планирование из производство. Компьютер симуляция методы давать возможность дальше оптимизация из яма пределы.
Заключение Открыть-яма добыча полезных ископаемых использует указанный раскопки и перевозка оборудование в ан незащищенный работающий космос. The финал яма склон угол, яма-пол ширина и расположение, и яма глубина существенно влияние производство безопасность и экономика. Определение яма пределы является a сложный задача требующий приверженность к фундаментальный принципы пока гибко адаптация к сайт-специфический условия к достигать a разумный дизайн. Этот бумага рассмотрено ключ проблемы в яма-предел оптимизация, проанализировано характеристики из открыть-яма пределы, осмотрен начальный индикаторы влияющий то стабильный финал склон угол и методы для предсказывать a разумный финал склон, и обсуждалось подходы для оптимизация яма пределы.
