Условия экономической целесообразности применения открытых и подземных работ. Методы определения границ между ними

В зависимости от условий залегания и мощности рудные месторождения могут разрабатываться открытым пли подземным способом. Нередко применяется комбинированный способ, когда верхняя часть месторождения выбирается открытыми работами, а нижняя — подземными. К таковым относятся мощные крутопадающие и глубоко залегающие месторождения, перекрытые сравнительно небольшим слоем наносов. При комбинированной разработке необходимо определять рациональную глубину открытых работ, на что влияет коэффициент вскрыши, т. е. количество пустых пород, выбираемых на единицу добычи руды; физические свойства руды и боковых пород; обводненность залежи н вмещающих пород; склонность руды к самовозгоранию, качество руды.

При технико-экономическом сравнении открытого и подземного способа сопоставляются производственные расходы по обоим вариантам и выбирается тот из них, при котором получается минимальная стоимость добычи или концентрата. Это сравнение выражается формулой

где kв — допустимый или промышленный коэффициент вскрыши на единицу добычи руды, выраженный в кубических метрах на 1 м3 или на 1 т;

Сп — стоимость добычи 1 м3 или 1 т руды подземным способом, руб.;

Cо — то же открытым способом, без погашения вскрыши, руб.;

Cв — стоимость 1 м3 вскрыши, руб.

Таким образом, задача сводится в основном к определению коэффициента вскрыши, по значению которого имеются различные мнения.

Одни авторы считают, что границы открытой разработки следует устанавливать из условия среднего отношения объема вскрыши к объему или тоннажу извлекаемого запаса руды для всего карьера. Коэффициент вскрыши в этом случае носит название допустимого, граничного или предельного. Другие считают, что рентабельную глубину карьера следует находить по контурному или, что то же самое, по погоризонтному коэффициенту вскрыши, т. е. открытые работы продолжать до того горизонта (или уступа), ниже которого они становятся неэкономичными. Фактически разница между этими двумя понятиями несущественна и в некоторой степени условна.

В начале проектирования границы устанавливаются предварительно на основании среднего отношения объема вскрыши к извлекаемому запасу руды для всего карьера, т. е. по предельному коэффициенту, особенно когда толщина слоя пустых пород от поверхности до верхней границы рудного тела довольно значительна. В дальнейшем в процессе эксплуатации его величина будет корректироваться с учетом погоризонтных коэффициентов.

Необходимо отметить, что границы открытых работ, срок существования карьера и коэффициенты вскрыши, устанавливаемые при проектировании, претерпевают впоследствии значительные изменения. При разработке открытым способом крупных месторождений в течение десятков лет изменения неизбежно будут иметь место за счет уточнения контуров и запасов месторождения, внедрения нового оборудования, новой технологии и организации работ и изменения стоимостных показателей. Поэтому принятые положения при проектировании следует считать в известной мере предварительными, что и показывает практика.

Для определения глубины карьера и его контуров на поверхности используют в основном три метода: аналитический, графический и метод вариантов. Первый метод применяется в месторождениях с сравнительно выдержанными элементами залегания. Этим методом находится глубина карьера и его размеры вкрест простирания, с увязкой геометрических величии со стоимостными данными и углами откосов бортов карьера. Углы принимаются по фактическим данным в зависимости от намечаемой примерно глубины карьера и характеристики пород.

В нашей технической литературе известно много математических формул, предложенных рядом авторов для расчета глубины открытых работ. Здесь приводятся формулы двух авторов — проф. Городецкого П.И. и Боголюбова Б.П. По Городецкому, глубина открытых работ для крутопадающих залежей (рис. 263) находится по формуле

где х — искомая глубина карьера, м;

С — себестоимость добычи 1 м3 или 1 т полезного ископаемого подземным способом, руб;

а — то же, открытым способом, без учета погашения вскрыши;

b — себестоимость добычи 1 м3 вскрышных пород по коренным породам, руб;

b' — то же, по наносам;

h — вертикальная мощность наносов, м;

k — коэффициент извлечения руды при открытых работах s-o у

в и у — средине углы откоса бортов карьера, с учетом берм;

m — горизонтальная мощность залежи, м.

Если стоимость наносов не выделятся, то выражение — b'/b в формуле заменяется h.

Для пологопадающих месторождении границы открытых работ определяются по формуле

где n — искомый коэффициент вскрыши.

Профессор Боголюбов, считая, что глубина карьера определяется вначале не вполне точно, предлагает не учитывать второстепенные факторы и находить его глубину II по формуле

где kср — средний коэффициент вскрыши для всего карьера;

m — мощность залежи, м;

ув и ул — углы откосов карьера висячего и лежачего боков. В обеих формулах не учитывается разубоживание. He учитывается также разнос торцовых бортов карьера, что в мощных месторождениях при сохранении их мощности на торцах и значительной глубине приведет к большой ошибке в подсчете объема снимаемых вскрышных пород. Здесь потребуется дополнительный подсчет по разрезам и погоризонтным планам.

Графический метод определении границ карьера по существу является вспомогательным при методе вариантов. Его суть заключается в том, что месторождение разбивается поперечными разрезами До исследуемой глубины на отдельные участки (блоки), которые в свою очередь разделяются на горизонтальные слои. Расстояние между ними по вертикали равно высоте уступа или величине кратной его высоте. На каждом разрезе для каждого слоя вычерчивают положение дна и границы бортов карьера как в поперечном направлении. так и по простиранию (рис. 264). По построенным положениям бортов карьера па поперечных разрезах подсчитывают объемы пород и полезного ископаемого (измеряя площади на исследуемых сечениях), приходящиеся на 1 м длины карьера по простиранию.

Таким образом, для каждого слоя отношением объема пород вскрыши к объему полезного ископаемого находят коэффициент вскрыши для всех вариантов с различной глубиной работ. Предельным считается тот слой (горизонт), па котором по стоимостным показателям коэффициент вскрыши является предельным.

Все расчеты сводятся в таблицу, в которой видны как погоризонтные коэффициенты, так и средние коэффициенты для карьера в целом по всем вариантам. Найденные контуры карьера на поперечных разрезах позволяют установить окончательные границы карьера в плане. Точность получаемых результатов по подсчету объемов зависит от точности измерения площадей на поперечных разрезах.

Метод вариантов наиболее распространен и дает наиболее реальные результаты по определению границ открытых работ, но он трудоемок и применяется обычно при проектировании разработки сложных месторождений, включающих нередко несколько рудных тел с неправильными элементами залегания.

Для месторождения с выдержанными элементами можно использовать аналитический метод, например проф. П.И. Городецкого, с последующей проверкой найденной глубины по коэффициенту вскрыши. Для этого на разрезах и планах подсчитываются объемы вскрыши и полезного ископаемого для всего карьера до найденной глубины. Такой несложный контроль позволит установить приемлемость полученных аналитическим способом результатов.

Кроме приведенных методов, имеются и другие: графо-аналитический проф. А. В. Бричкииа, графический метод проф. В.В. Ржевского, который предложен с целью снижения трудоемкости подсчета определения коэффициентов вскрыши, и др.