ПОРЯДОК ОТРАБОТКИ ВЫСОТНО-ГЛУБИННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ТРОПИЧЕСКОГО КЛИМАТА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается технология отработки высотно-глубинных месторождений в условиях тропического климата и даётся методика расчета календарных графиков карьера. Возможность отвести ливневые стоки самотеком достигается проходкой специальных водоотводных траншей в строну ближайших понижений рельефа за границами карьера. Самые тяжелые условия водоотлива складываются в глубинной части карьерного поля, целиком находящейся ниже уровня естественного стока дождевой воды с окружающей местности. Использованием статистических данных по осадком можно определить среднемесячный объем воды, стекающей на дно карьера, в зависимости от его водосборной, интенсивность расовых притоков находится в гиперболической зависимости от частоты и продолжительности непрерывных дождей. Расчетная интенсивность горных работ в глубинной части карьерного поля на 30-50% превышает фактически достигнутую на многих карьерах мира и обеспечивается рядом мер. Интенсификации горных работ способствует расширение размеров смешанной части карьерного поля за счет глубинной благодаря уточнению подсчета экономической эффективности водоотвода с помощью специальных траншей.

ABSTRACT

The article discusses the technology of mining high-altitude and deep deposits in a tropical climate and provides a methodology for calculating quarry schedules. The ability to divert storm drains by gravity is achieved by sinking special drainage trenches into the line of the nearest relief depressions beyond the boundaries of the quarry. The most severe drainage conditions are in the deep part of the quarry field, which is entirely below the level of natural rainwater runoff from the surrounding area. Using statistical data on precipitation, it is possible to determine the average monthly volume of water flowing to the bottom of the quarry, depending on its catchment area, the intensity of racial inflows is hyperbolically dependent on the frequency and duration of continuous rains. The estimated intensity of mining operations in the deep part of the quarry field is 30-50% higher than actually achieved in many quarries around the world and is provided by a number of measures. The intensification of mining operations is facilitated by the expansion of the size of the mixed part of the quarry field at the expense of the deep part due to the refinement of the calculation of the economic efficiency of drainage using special trenches.

Ключевые слова: технологическая комплекс, открытые горные работы, нагорные месторождение, вскрыша, полезные ископаемые, климатических условий, дождевые воды, статистические данные, разовые притоки, дна карьера, водосборная котлован, разрезные траншеи, ливневые осадки.

Keywords: technological complex, open-pit mining, upland deposits, overburden, minerals, climatic conditions, rainwater, statistical data, single tributaries, pit bottoms, drainage basin, split trenches, rainfall.

Введение

 В зонах тропического климата находятся обширные регионы земного шара (Юго-восточная Азия, Экваториальная Африка и др.). Воздействию муссонных дождей подвергаются и некоторые районы России (Дальний Восток, Сахалин) и Центральной Азии (Таджикистан). Производство открытых работ в условиях тропического климата имеет свои особенности, вызванные сезонным и ливневым характером дождей. Особенно ярко эти особенности проявляются при открытой разработке угольных месторождений Вьетнама.

Топографические условия способствуют стоку в карьер большого количества дождевой воды. Но условия отвода ее с рабочих горизонтов на отдельных участках карьерного поля неодинаковы, наиболее благоприятны они на высотных участках, где дождевая вода уходит с уступов самотеком вниз по склону. Карьер в этом случае имеет незамкнутый контур.

Возможность отвести ливневые стоки самотеком сохраняется и в пределах верхней, смешанной части замкнутого контура карьера, расположенной выше господствующего уровня поверхности. Это достигается проходкой специальных водоотводных траншей в строну ближайших понижений рельефа за границами карьера.

Самые тяжелые условия водоотлива складываются в глубинной части карьерного поля, целиком находящейся ниже уровня естественного стока дождевой воды с окружающей местности. Удаление воды со дна карьера ведут с помощью насосных установок, однако объем ливневых осадков настолько велик, что карьерный водоотлив оказывается не в состоянии откачать всю воду в короткий срок [1].

Материалы и методы исследования

В результате анализа производственной деятельности действующих высотно-глубинных карьеров мира установлено, что главной характеристикой муссонный климатических условий, оказывающих непосредственное влияние на открытые горные работы. является объем дождевых вод Qg, стекающих на дно карьера за время Т. Его можно определить следующим образом:

                                                         (1)

где А - количество осадков, выпадающих на водосборную поверхность за врем Т, м;

k_p - коэффициент поверхностного стока, зависящий от интенсивности дождя уклонов поверхности и бортов карьера, их задерживающей способности и другие; величина k_p обычно изменяется в пределах 0,7-1,0;

S - водосборная площадь карьера м²; величина S на многих карьерах составляет в среднем 250 тысяча м² и по мере их углубления продолжает увеличиваться, достигнув, например, на карьере Кок -Шау 738 тыс. м².

По вышеуказанному формуле с использованием статистических данных по осадком можно определить среднемесячный объем воды, стекающей на дно карьера, в зависимости от его водосборной.

Для более полной оценки влияния осадок на горные работы необходимо рассматривать не только среднее значение дождевых притоков, но и пиковые объемы стекающей на дно карьера воды от непрерывных дождей с учетом вероятности (частоты) их возникновения. С этой целью, были подвергнуты статистической обработке данные наблюдений метеостанций некоторых регионов России и Таджикистана за последние 20 лет. В результате установлено, что интенсивность расовых притоков находится в гиперболической зависимости от частоты и продолжительности непрерывных дождей (рис 1). Максимальная интенсивность осадков и стока воды в карьер характерна для периода этих дождей не более 5-7 суток. На рис. 1 видно, что с вероятностью 15 % за неделю непрерывных дождей на дно карьера может поступать до 126 тыс. м² воды.

Разовые притоки такой величины приводят к полному прекращению горных работ на дне карьера в глубинной части карьерного поля не только в дождливый сезон, но и в большую часть переходного периода. При наличии на дне водосборного котлована перерыв в углубке карьера можно несколько сократить. Однако и в этом случае ведение горных работ на дне карьера станет возможным в течение лишь 7-9 мес. сухого сезона и 2 мес. переходного периода.

Проходка разрезной траншеи в указанные сроки хотя и возможна, но затрудняется из-за эпизодических ливневых дождей. Для аккумулирования и откачки воды на дне траншем требуется строительство локальных котлованов вместимостью от 1 и до 5 тыс. м³ через каждые 100-150 м. Из-за этого увеличивается ширина траншеи, снижается скорость ее проходки.

Рисунок 1. Максимальные разовые (а) и суточные (б) притока воды, поступающей в карьер от непрерывных дождей различной длительности, по вероятности (частоте) поступления

Последствия дождливого сезона сказываются и в осаждении на дне карьера большого (до 10-20 тыс. м³) количества породной мелочи, увлекаемой ливневыми потоками с его бортов. На уборку породной мелочи затрачивается до 25- 35 % возможного времени углубки.

В результате отрицательного воздействия ливневых осадок на горные работы скорость углубки карьера в глубинной части карьерного поля снижается против возможной горнотехническим условиям (с учетом устройства локальных водосборников). Фактически достигнутая скорость углубки карьеров изучаемого типа составляет 8-10 м/год (против 15-20 м/год по проектам) [2].

Полученные результаты. Таким образом, наибольшее отрицательное воздействие на работу карьера в условиях тропического климата оказывают непрерывные ливневые осадки. Особенно остро это проявляется при отработке глубинной части карьерного поля. В создавшемся положении есть два взаимосвязанных выхода: во-первых, изыскать возможности интенсификации работ на нижних, подтопляемых горизонтах карьера; во-вторых, путем перехода от последовательной к совместной отработке участков карьерного поля найти средства компесации падения производительности карьера в его глубинной части.

Потенциальные возможности участков в деле обеспечения и наращивания производственной мощности карьера, вскрыты путем расчета максимально достижимой по горнотехническим условиям и особенностям водоотвода скорость углубки. Установлено, что она составляет: для высотных участков -15 м/год смешанных -12 м/год, для глубинных -8 м/год.

Расчетная интенсивность горных работ в глубинной части карьерного поля на 30-50% превышает фактически достигнутую на многих карьерах мира и обеспечивается рядом мер [3]. В первую очередь, решаются, вопросы вместимости, конструкции и расположения водосборного котлована на дне карьера. Исходной посылкой здесь является то, что устройство котлована входит составной частью в процесс вскрытия нового горизонта, определяя порядок формирования рабочей зоны карьерного пространства. Существует точка зрения, что объем котлована должен быть достаточным для аккумулирования всей воды, поступающей в карьер за время непрерывного дождя. Исходя из выявленной выше зависимости величины стока атмосферных вод в карьер от вероятности и продолжительности непрерывных осадков, данный объем должен быть равен 5-7- кратному максимальному суточному притоку, т.е. 60-120 тыс. м³.  При этом условии горизонт, находящийся непосредственно над котлованом, не будет (с вероятностью 80-85%) подтапливаться в дождливый сезон.

При всей правомерности такого подхода он оказался нереальным из-за ограниченного времени на строительство котлована в сухой сезон. Более реален иной путь: вместимость котлована определять по возможности выполнения всего объема работ по вскрытию нового горизонта при сезонной углубке, а дефицит вместимости относительно   указанной выше цифры компенсировать увеличением мощности насосных установок.

В результате анализа различных вариантов расположения котлована установлено, что самым универсальным решением, обеспечивающим к тому же наибольшую скорость углубки, является переменное расположение котлована вдоль разрезной траншеи при подготовке горизонтов подступами. Оно рекомендуется для отработки обоих крыльев мульдообразной залежи. Такое решение позволяет создать за время сезонной углубки водосборный котлован вместимостью до 60-70 тыс. м³.

Интенсификации горных работ способствует расширение размеров смешанной части карьерного поля за счет глубинной благодаря уточнению подсчета экономической эффективности водоотвода с помощью специальных траншей. Затраты необходимые для этого, сравниваются с затратами на принудительный водоотлив вместе с убытками от удорожания добычи полезного ископаемого в затапливаемой зоне карьера.

Выявленная разница в интенсивности развития горных работ по участкам требует изыскания средств компенсации падения производительности карьера при работе его в глубинной части карьерного поля компенсирующий эффект достигается своевременным вводом в эксплуатацию участков, менее подверженных негативному влиянию ливневых осадков. Оптимизации здесь подлежит порядок и момент начала разработки отдельных участков карьерного поля.

Заключение

Рациональный порядок отработки участков устанавливается путем  исследования режима горных работ  по каждому участку на графиках:

 и

где V, Q, Y- нарастающие объемы вскрыши, горной массы и извлекаемого руды. Очередность ввода участков в эксплуатацию можно определить графоаналитическим методом, сущность которого заключается в том, что по результатам анализа развития горных работ по всем участкам строятся и совмещаются в единой номограмме графики Q=f(Y). При сравнении их предпочтение отдается кривой, занимающей на номограмме нижнее положение, так как при одинаковом количестве извлекаемого из недр руды более эффективной будет отработка участка с минимальными объемами горной массы.

Задача обоснования момента ввода в эксплуатацию нового участка решается путем наложения календарных графиков V=f(T) и Y=f(T), построенных по всем рассматриваемым участкам (рис 2). Продолжительность этапа при этом определяется по возможной скорости понижения горных работ на частях карьерного поля. отличающихся условиями водоотвода.

Рисунок 2. Календарный график отработки высотно-глубинного месторождения, состоящего из двух участков

На графике Y=f(T) участка, разрабатываемого в первую очередь, видно. что при переходе горных работ в глубинную часть карьерного поля возможная производительность карьера сразу уменьшается из-за снижения скорости углубки. Для компенсации падения производительности карьера именно в это время необходимо вводить в эксплуатацию второй (высотный) участок по установленной выше очереди. Подобным же образом определяется момент ввода в эксплуатацию последующих участков. В итоге строится календарный график всего карьера.

Список литературы:

1. Мислибаев И. Т., Самадова Г. М. Исследование процесса формирования и разноса ступенчатого борта карьера при поэтапной разработке нагорных месторождений // International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences. -2022. № 3(2). –С. 4-10.
2. Самадова Г. М., & Туйчиева, Д. И. Технологические особенности каскадной разработки нагорных месторождений. International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences, 2022. 3(3), 10-15.
3. Ильин С.А. Технология открытой разработки нагорных месторождений. Часть IV. Учебное пособия. М.: МГИ, 1994. -67 с.
4. Nehring M., Knights P F., Kizil M. S., Hay E. A comparison of strategic mine planning approaches for in-pit crushing and conveying, and truck/shovel systems // International Journal of Mining Science and Technology. -  2018. Vol. 28. Iss. 2.- P 205-214.
5. Whittle D. Brazil M., Grossman P A., Rubinstein J. H., Thomas D. A. Combined optimisation of an open-pit mine outline and the transition depth to underground mining // European Journal of Operational Research. - 2018. Vol. 268. Iss. 2. - P 624-634.
6. Mislibaev I., Mutavaliev A., Giyasov O., Tuychieva D. Features of cascade mining of the upland quarry field. E3S Web of Conferences 627, 01010 (2025) GEOTECH-2025, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202562701010.