Вплив природоохоронних витрат на кінцеву глибину кар’єру

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стаття з теми:

Вплив природоохоронних витрат на кінцеву глибину кар'єру

М.І. Просандєєв Інститут проблем природокористування та екології НАН України, Дніпропетровськ

З урахуванням витрат на видобуток порід, втрат та разубоження корисної копалини при відкритому і підземному способах розробки, на основі граничного коефіцієнту розкриву встановлено вплив природоохоронних витрат на кінцеву глибину кар'єру.

С учетом расходов на добычу пород, потери и разубоживание полезного ископаемого при открытом и подземном способах разработки, на основе предельного коэффициента вскрыши установлено влияние природоохранных затрат на конечную глубину карьера.

Taking into account charges on the booty of breeds, losses of useful minerals at the opened and underground methods of development, on the basis of maximum coefficient of stripping influence of nature protection expenses is set on the eventual depth of quarry.

Постановка проблеми

Області застосування відкритого, підземного або відкрито-підземного способів розробки родовищ корисних копалин, в першу чергу, визначаються глибиною виконання гірничих робіт. Глибина виконання гірничих робіт залежить від умов залягання родовища, економічних и екологічних показників розробки, а також дії гірничих робіт на навколишнє природне середовище. При відкритих гірничих роботах глибина їх виробництва є основним чинником, що впливає на стан навколишнього природного середовища. Зазвичай, чим більша глибина розробки порід відкритим способом, тим більша продуктивність кар'єру по гірській масі і термін його експлуатації, і тим більше негативний вплив на оточуюче природне середовище. Окрім того, глибина кар'єру визначає обсяги розкривних порід, які розміщуються у зовнішні відвали, і отже, кількість порушуємих земельних площ. Глибина кар'єру також значно впливає на гідрологічний режим поверхневих та підземних вод не тільки на площі розробки, але й у зоні, яка попадає в депресійну воронку осушення. Тому обґрунтування глибини розробки має велике науково-практичне значення, а актуальність даного питання підсилюється сучасними вимогами сталого розвитку суспільства.

Аналіз досліджень з вирішення даної проблеми. Визначення глибини кар'єрів базується на дослідженнях таких вчених як М.В. Мельников, В.В. Ржевський, К.М. Трубецький, Ю.І. Аністратов, А.І. Арсен'єв, В.С. Хохряков, М.Г. Новожилов, Г.А. Холодняков, Ф.Г. Грачев, А.Д. Чорних, Н.А. Мацко, М.М. Мельников, А.А. Пєшков, С.П. Решетняк, О.Н. Салманов, В.П. Федорко, С.І. Фомін, В.А. Щелканов та ін.

Основні принципи встановлення меж кар'єрів були розроблені ще в 20-х рр. ХХ сторіччя і базувалися на зіставленні економічних показників відкритих і підземних робіт. У 70-х рр. у розрахунках граничної глибини кар'єрів до вказаних показників додався облік якості корисної копалини, в 80-х - комплексне освоєння родовища. У дослідженнях 90-х років, із зростанням проблем екології і раціонального використання сировинних ресурсів при їх видобутку з'являються роботи, що відображають в різному ступені облік деяких окремих екологічних чинників і їх вплив на граничну глибину виробництва відкритих гірничих розробок. В даний час у зв'язку з великою негативною дією відкритих гірничих робіт на навколишнє середовище і значною відходністю даного виробництва, які в першу чергу залежать від глибини розробки, питання її визначення з урахуванням витрат на природоохоронні заходи набувають особливої актуальності.

Основний матеріал

На даний час основним критерієм визначення глибини виробництва відкритих гірничих робіт є зіставлення їх економічних показників з підземними гірничими роботами [1]:

, (1)

де - собівартість видобутку 1 т руди підземним способом, грн.; - собівартість видобутку 1 т руди відкритим способом без урахування витрат на виробництво розкривних робіт, грн.; - собівартість виїмки 1 т або 1 м3 розкривних порід відкритим способом, грн.; - граничний коефіцієнт розкриву, що показує граничну величину кількості порожніх порід, які доводяться на одиницю видобутої корисної копалини, при якій рівняння (1) дотримуватиметься, м3/т або т/т. Граничний коефіцієнт розкриву визначається за формулою:

. (2)

Формули (1) і (2) справедливі для випадку, коли якість корисної копалини, яка вилучається при обох способах, однакова. Якщо вона різна, то витрати необхідно приводити до зіставного вигляду.

Техніко-економічні показники видобутку залізняку підземним і відкритим способами на підприємствах Кривбасу і зміна його якості приведені в таблицях 1-4.

Таблиця 1 - Техніко-економічні показники видобутку залізняку підземним способом на підприємствах Кривбасу

1. До ВАТ «КЖРК» входять шахти ім. Леніна, Гвардійська, Жовтнева, Родіна; до ВАТ «Суха балка» входять шахти Ювілейна, ім. Фрунзе; до ЗАТ «ЗЖРК» - шахта Експлуатаційна; до ВАТ «Міттал Стіл Кривий Ріг» - шахти Прохідницька і ім. Артема.

2. У знаменнику наведено вміст заліза в сирій руді.

3. При середньозваженому вмісті заліза 58,83%, середньозважена за об'ємами видобутку собівартість товарної руди 98,357 грн. на підземних роботах (за 2005 рік):

.

З таблиці 1 видно, що собівартість товарної руди при підземному видобутку, коливається від 117,28 до 80,67 грн./т при вмісті заліза в ній 54,55-61,46%. Середньозважена за об'ємами видобутку собівартість товарної руди дорівнює 98,36 грн./т з середньозваженим вмістом заліза 58,83% (див. таблицю 1). Найбільші значення собівартості товарної руди і втрат корисної копалини, яка вилучається (таблиця 3), характерні для підприємств ВАТ «КЖРК», які добувають сировину за технологіями з обваленням руди і вміщюючих порід з відбоєм руди глибокими свердловинами вертикальними, похилими і горизонтальними шарами на компенсаційний простір - 45,35% загального об'єму видобутку. 51,66% загального об'єму видобутку руди на даних підприємствах проводиться за поверхово-камерною (25%) і підповерхово-камерною технологіями (26,6%) з відбоєм руди глибокими свердловинами. Найменша собівартість товарної руди на підприємстві ЗАО «ЗЖРК» 80,67 грн./т при вмісті заліза 61,46% (див. таблицю 1) для поверхово-камерної технології із закладкою виробленого простору (100%) і відбоєм руди глибокими свердловинами з втратами 6,1-8,5% і засміченням 3,4-9,6%. Кращі економічні показники даного підприємства обумовлені меншою (майже удвічі) глибиною відробітку руди.

На підземних підприємствах ВАТ «Міттал Стіл Кривий Ріг» застосовується технологія з обваленням вміщюючих порід і руд з відбоєм глибокими свердловинами вертикальними і горизонтальними шарами на компенсаційний простір - 100% (таблиці 1 та 3). За даною технологією відпрацьовується 44,2% загального об'єму видобутої руди на ВАТ «Суха балка», 53,8% руд вилучається за підповерхово-камерною технологією.

Ввівши у формулу (1) технологічні показники - величину втрат і розубоження руди при підземному видобутку, а також витрати на природоохоронні заходи при виробництві відкритих гірничих робіт, отримаємо:

(3)

де - ціна товарної руди із вмістом заліза підземного видобутку, грн./т; - різниця у втраті руди при підземних і відкритих гірничих роботах, долі од.; - різниця в розубоженні руди при підземному і відкритому способах, долі од.; - вміст залізняку в товарній руді при підземному видобутку, долі од.; - собівартість видобутку відкритих гірничих робіт з урахуванням приведення корисної копалини до однакової якості без урахування витрат на розкривні роботи, грн/т; - витрати на охорону навколишнього середовища при відкритих гірничих роботах, грн./т; - коефіцієнт частки витрат на охорону НС в собівартості відкритого видобутку корисної копалини,= (0,1-0,5).

Другий доданок формули (3) є величиною збитку, утвореного внаслідок втрат руди при підземному видобутку корисної копалини.

Третій доданок має дві складові: перша показує витрати на вилучення додаткового об'єму розубожнених порожніх порід і друга характеризує зниження ціни товарної руди в результаті її розубоження на величину Р. Замінивши отримаємо:

,

,

. (4)

Набуте значення граничного коефіцієнта розкриву дозволяє визначити за формулою проф. Б.П. Боголюбова кінцеву глибину виробництва відкритих гірничих робіт [1]:

, м , (5)

де - горизонтальна потужність відпрацьовуємого покладу, м; - ширина дна кар'єру, м; - кути укосів бортів кар'єру у висячому і лежачому боках покладу, град.

Таблиця 2 - Техніко-економічні показники видобутку руди відкритим способом

Таблиця 3 - Втрати і засмічення залізняку на підземних підприємствах Кривбасу, %

Таблиця 4 - Втрати і засмічення руди на відкритих підприємствах Кривбасу, %

Для техніко-економічних показників відкритих і підземних гірничих робіт підприємств Кривбасу в 2005 р. є наступні статистичні дані: собівартість виробництва концентрату для відкритого способу = 70-110 грн./т, відпускна ціна товарного залізняку підземних робіт із вмістом заліза = 58%, = 133,6 грн/т, різницю у втратах () корисної копалини при підземному і відкритому способах приймаємо = 8%, собівартість підземного видобутку руди = 117 грн/т, собівартість виїмки розкриву при відкритих гірничих роботах = 11 грн/м3. Для вказаних показників розрахунками за формулою (4) встановлено, що без урахування збитку від втрат і розубоження руди, а також витрат на охорону навколишнього середовища при відкритих гірничих роботах (формула 5), граничний коефіцієнт розкриву змінюється від 4,27 до 0,63 м3/т, відповідно, для собівартості отримання концентрату при відкритих гірничих роботах 70 і 110 грн/т (рисунок 1). Для рудного тіла горизонтальною потужністю = 200 м і кутів укосів бортів кар'єру в граничних контурах 450, ширині дна кар'єру = 50 м, гранична глибина виробництва відкритих гірничих робіт за формулою проф. Б.П. Боголюбова за максимальним і мінімальним значеннями граничного коефіцієнта розкриву складе 540-138 м. Збільшення горизонтальної потужності відпрацьовуємих руд до = 300 м (у 1,5 рази) веде до підвищення глибини відкритої розробки до 765 -219 м (зростання в 1,4-1,6 рази), що в середньому приблизно відповідає підвищенню потужності.

Рисунок 1 - Залежність граничного коефіцієнта розкриву від собівартості відкритого видобутку руди і розкриву для = 8%, = 133,6 грн/т, = 58%, = 117 грн/т,: 1 - без урахування втрат і розубоження, а також = 0; 2 - з урахуванням втрат і розубоження при = 0; 3 - з урахуванням втрат і розубоження при = 0,1; 4 - з урахуванням втрат і розубоження при = 0,2; = 11 грн/м3; = 15 грн/м3

При обліку збитку від втрат і розубоження руди для підземного способу розробки, коли вони дорівнюють =8% без урахування витрат на природоохоронні заходи на відкритих гірничих роботах ( = 0), величина граничного коефіцієнта розкриву змінюється від 7,77 до 4,13 м3/т і збільшується в 1,82-6,55 рази в порівнянні із значеннями без їх урахування (див. рисунок 1). В даному випадку гранична глибина відробітку відкритих гірничих робіт складає 852-488 м для горизонтальної потужності покладу = 200 м і 1290-744 м - для = 300 м.

Коли витрати на природоохоронні заходи в собівартості відкритого видобутку руди складають 10%, граничний коефіцієнт розкриву зменшується на 8-24% в порівнянні з попередніми значеннями і змінюється від 7,13 до 3,13 м3/т (див. рисунок 1). Глибина кар'єру для приведених значень варіює в межах 788-388 м для = 200 м і 1194-594 для = 300 м, тобто зменшується в 1,08 - 1,26 рази.

Якщо витрати на природоохоронні заходи в собівартості видобутку руди відкритим способом дорівнюють 20%, то граничний коефіцієнт розкриву знижується на 16-48% і дорівнює 6,49-2,13 м3/т (див. рисунок 1), що встановлює глибину кар'єру 724-288 м для горизонтальної потужності покладу = 200 м і 1098-444 для = 300 м. В цьому випадку глибина виробництва відкритих гірничих робіт зменшується в 1,17-1,69 разу в порівнянні з відсутністю їх обліку.

При величині природоохоронних заходів в собівартості видобутку руди відкритим способом до 5% (сучасний стан), вони практично не впливають на значення граничного коефіцієнта розкриву і, отже, на зміну глибини відкритої розробки покладу, і її можна приймати за даними = 0.

Якщо собівартість розробки розкривних порід відкритим способом збільшується в 1,36 рази і складає 15 грн/м3 для незмінних решти параметрів, то без урахування збитку від втрат і розубоження руд підземного способу і витрат на природоохоронні заходи відкритого способу, граничний коефіцієнт розкриву також зменшується в 1,36 рази і змінюється від 3,13 до 0,47 м3/т (див. рисунок 1) і дає глибину відробітку 388-122 м для = 200 м і 594-195 м для = 300 м, що в 1,13-1,39 рази менше ніж при = 11,0 грн/м3.

Облік втрат і розубоження руди при підземному способі видобутку руди, а також відсутність витрат на природоохоронні заходи при відкритому способі видобутку, витратах на розкривні роботи = 15,0 грн/м3, граничний коефіцієнт розкриву варіює в межах 5,7-3,03 м3/т (див. рисунок 1) і зменшується в 1,36 рази, тобто відповідає збільшенню собівартості розкривних робіт.

Для вказаних даних граничного коефіцієнта розкриву зміна глибини відкритих гірничих робіт складає 645-378 м, для горизонтальної потужності рудного покладу = 200 м і 980-579 м для = 300 м, що в 1,27-1,32 рази менше ніж для = 11,0 грн/м3.

Коли витрати на природоохоронні заходи в собівартості відкритого видобутку руди дорівнюють = 20%, а на підземних роботах втрати і розубоження дорівнюють = 8%, граничний коефіцієнт розкриву складає 4,76-1,56 м3/т, що також в 1,36 рази менше значення для аналогічних умов розробки при = 11,0 грн/м3 (див. рисунок 1). Глибина виробництва відкритих гірничих робіт дорівнює 551-231 м для = 200 м і 839-359 м для = 300 м, що в 1,23-1,31 рази менше глибини розробки відкритим способом для = 11,0 грн/м3.

При збільшенні втрат корисної копалини при підземній розробці (П) в 1,5; 2,0 і 2,5 рази ( П = 12, 16 і 20%, розубоження Р = 8% = const) і незмінних решті параметрів, значення граничного коефіцієнта розкриву відповідно збільшуються в 1,05-1,12; 1,11-1,23 і 1,17-1,35 рази в порівнянні з П = 8% (рисунок 2). У свою чергу вони складають для першого випадку 8,26-4,62 м3/т при витратах на природоохоронні заходи = 0; 7,62-3,62 грн/т при = 0,1 та 6,98-2,62 при = 0,2. Глибина відкритих гірничих робіт дорівнює 901-537 м, 837-437 м і 773-337 м, = 200 м і зростає відносно П = 8% в 1,10-1,16; 1,12-1,19 і 1,17-1,22 рази. Приведені значення справедливі також при втратах П = const = 8% і збільшенні в 1,5-2,5 рази відпускної ціни на товарну руду, оскільки в цьому випадку значення другого додатку формули (4.3) не змінюється і величина збитку від втрат руди залишається постійною. Наприклад, при П = 20%, = 133,6 грн/т, = = 133,60,20 = 26,72 грн. Для = 334 грн/т, П = 8%, = = 3340,08 = 26,72 грн.

залізняк видобуток розубоження облік

Рисунок 2 - Залежність граничного коефіцієнта розкриву від собівартості відкритих гірничих робіт і втрат корисної копалини при підземному способі видобутку:

= 117 грн/т; = 133,6 грн/т; = 58%, Р = 8% = const

П = 12%; П = 16%; П = 20%

Зростання розубоження корисної копалини при підземній розробці в 1,5-2,0 рази (Р = 12-16%) для П = 8% = const і змінених решті техніко-економічних показників видобутку, викликає збільшення граничного коефіцієнта розкриву в 1,14-1,60 рази для значення Р = 12% і в зіставленні з Р = 8% (рисунок 3). Причому, як і для попередніх розрахунків, менше збільшення властиво максимальним значенням граничного коефіцієнта розкриву, а більше - мінімальним. Величини граничного коефіцієнта розкриву для приведених умов відповідно складають: при витратах на природоохоронні заходи відкритих гірничих робіт = 0; = 9,03-5,39 м3/т; = 0,1, = 8,39-4,39 м3/т; = 0,2, = 7,76-3,40 м3/т. Для даних значень граничного коефіцієнта розкриву глибина відкритої розробки родовищ відповідно дорівнює: 978-614 м; 914-514 м і 851-415 м при = 200 м, що збільшує її в 1,15-1,44 рази в порівнянні з Р = 8%.

Для горизонтальної потужності покладу = 300 м глибина відкритих гірничих робіт варіює в межах 1479-933 м, 1383-783 м і 1289-635 м і зростає пропорційно зростанню її потужності в 1,5 рази.

Коли розубоження руд досягає Р = 16% (зростає в 2 рази), граничний коефіцієнт розкриву збільшується в 1,32-2,19 рази в порівнянні з Р = 8% і змінюється в межах = 10,3-6,66 м3/т, = 0; = 9,66-5,66 м3/т; для = 0,1 і = 9,02-4,66 м3/т для = 0,2 (рисунок 3). Глибина відкритих гірничих робіт дорівнює: 1105-741 м; 1041-641 м і 977-541 м для горизонтальної потужності покладу = 200 м, а також 1670-1124 м; 1574-974 м і 1478-824 м для горизонтальної потужності покладу = 300 м.

Висновки. Аналіз виконаних розрахунків показав, що в розглянутих умовах розубоження руд надає більшого впливу на граничний коефіцієнт розкриву і глибину розробки родовища, аніж величина їх втрат. У свою чергу зростання витрат на природоохоронні заходи в собівартості видобутку руди відкритим способом на 10% викликає зменшення глибини відробітку на 100 м. Облік збитку від величини втрат і розубоження руди при підземному способі відробітку веде до збільшення граничного коефіцієнта розкриву в 1,8-6,4 рази, що істотно збільшує глибину розробки руди відкритим способом і свідчить про їх обов'язковий облік у вирішенні аналогічних завдань.

Рисунок 3 - Залежність граничного коефіцієнта розкриву від собівартості відкритих гірничих робіт і розубоження порід при підземному способі виїмки руди:

= 117 грн/т; = 133,6 грн/т; = 58%, П = 8% = const

П = 12%; П = 16%

Крім того формування кар'єрів глибиною понад 600-700 м є проблематичним, оскільки при цьому поряд з наведеними чинниками значну вагу набувають чинники стійкості бортів та провітрювання виробленого простору, тому вказана глибина відкритої розробки має бути уточнена, а методика визначення кінцевої глибини кар'єру потребує подальшого розвитку і удосконалення.

Перелік посилань

1. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. - М.: Недра, 1982. - 414 с.

2. Щелканов В.А. Комбинированная разработка рудных месторождений. - Москва: Недра, 1974. - 231 с.

3. Ржевский В.В. Проектирование контуров корьеров. - Москва: Металлургиздат, 1956. - 340 с.

4. Параметры комплексной разработки месторождений / А.Д. Черных, И.А. Калишевский, А.М. Маевский, Д.В. Гордин - Днепропетровск: Січ, 1993. - 318 с.

5. Куликов В.В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. - Москва: Недра, 1972. - 286 с.

Надійшла до редколегії 02 квітня 2010 р.

Рекомендовано членом редколегії канд. техн. наук П.І. Копачем