Проектирование карьеров

Разработка месторождений полез- ных ископаемых открытым спосо-
бом связана с решением главных задач, определяющих технологические
и эконо- мические основы производства горных ра- бот. К таким задачам
относятся: выбор места начала горных работ, направления развития горных
работ, необходимого и достаточного объема горнокапитальных работ, длины
фронта горных работ по вскрыше и добыче на период сдачи карье- ра в
эксплуатацию и в последующие годы, числа действующих забоев и уступов;
оп- ределение мощности карьера по полезно- му ископаемому и по
вскрышным работа- ми; обоснование текущих коэффициентов вскрыши по
этапам разработки; установле- ние интенсивности освоения месторожде- ния.
Задача определения конечной глубины карьера в проблемах разработки
месторо- ждений приобрела особую актуальность. Перед современными
предприятиями ста- вятся все новые задачи, требующие более полных и
точных расчетов, учитывающих все большее число факторов, как внутрен-
них, так и внешних. Так если в 70-х гг. ис- следователи ориентировались в
опреде- лении предельной глубины на качество полезного ископаемого, в 80-
х на ком- плексное освоение месторождения, в 90-х на учет ограничений по
земельным ресур- сам, то в настоящее время кроме вышепе- речисленных
факторов требуется учиты- вать в расчетах также динамику развития карьера,
предвосхищение будущих опас- ностей и новых возможностей.
Изучение работ по определению границ открытых горных работ
показало, что на протяжении всего периода существования проблемы
связанной с разработкой место- рождений полезных ископаемых стоял во-
прос о целесообразности разработки открытым или подземным способом.
Пре- имущественное развитие науки в область открытого способа
разработки, особенно- сти минерально-сырьевой базы России и исторически
сложившаяся ситуация когда себестоимость полезного ископаемого при
открытой разработке в 1,52 раза ниже, чем при подземной, все это привело
к соз- данию большого числа карьеров. Причем как показано в работе [1]
карьерами с про- ектной глубиной более 200 м добывается более 90 %

железных руд, не менее 35 % руд цветных металлов, около 8 % угля, около
70 % асбестовых и фосфатных руд.
При открытой разработке месторожде- ний имеется большое
разнообразие воз- можностей влияния на эффективность ра- бот. В
зависимости от целей предприятия существуют разнообразные варианты
разви- тия. Име-ются возможности построить карьер с зара-нее заданной
и устойчивой, в течении дли-тельного времени, себе- стоимостью
полезно-го ископаемого. При- няв соответствующий объем горно-
капитальных работ и глубину карьера мож- но обеспечить работу со все
уменьшаю- щимся коэффициентом вскрыши. Можно построить карьер с
расчетом на реконст- рукцию, ввод нового совершенного обо- рудования
и технологический прогресс при котором окажется целесообразной работа
со все увеличивающимся коэффициентом вскры-ши. Но, с другой
стороны, точно про- гнозиро-вать процесс совершенствования техники,
тех-нологии и организации откры- тых горных раз-работок. на большие
отрезки времени, соот-ветствующие срокам сущест- вования карьера, не
представляется воз- можным. Вариантов раз-вития великое множество,
но как уже отмечалось при проектировании параметров и раз-вития
нового или уже действующего предприятия на современном этапе
следует выбирать критерии эффективности проекта учиты- вающие как
можно большее число факто- ров.
Проанализируем существующие методы оп-ределения параметров
карьера и в ча- стности его конечной глубины. Для облегче- ния даль-нейших
рассуждений приводим определения основных коэффициентов вскрыши.
Граничный n э  теоретически макси- мально допустимый коэффициент
вскры- ши, при котором в данных условиях откры- тая разработка
месторождения является экономически целесообразной.
Средний n ср  отношение извлекаемого объема пород в проектных
контурах карье- ра к извлекаемому объему руды в этих же контурах.
Эксплуатационный n  расчетное зна- чение коэффициента вскрыши за

опреде- ленный период работы карьера. Если взять весь период эксплуатации
карьера, то получим средний эксплуатационный коэффициент вскрыши.
Фактическое соот- ношение добываемых объемов пород и руды является
текущим коэффициентом вскрыши.
Контурный n к  отношение приращения объема пород к приращению
объема по- лезного ископаемого при увеличении в процессе проектирования
конечной глуби- ны карьера на один уступ.
Первоначальный n о  отношение объе- ма пород, вынимаемых за счет
капиталь- ных затрат, к объему всех извлекаемых за- пасов полезного
ископаемого в контурах карьера.
В целом развитие научных идей опре- деления границ карьера Арсентьев
разде- ляет на два больших периода. До 19581960 гг. совершенствование и
даль- нейшее развитие методов, основанных на сравнении предвари-тельно
рассчитанного граничного коэффици-ента вскрыши, с ко- эффициентами
вскрыши, полученными при построении контуров карь-ера. И с конца 60- х гг.
развивались методы основанные на анализе эффективности ка-питальных
вло- жений, режима вскрышных ра-бот, учете прогресса техники, использова-
нию вычис- лительных машин. За весь период изуче- ния проблемы границ
открытых горных ра- бот проведено множество исследований,которые
основывались в основном на срав-нении различных коэффициентов вскрыши
и выемки. Основные принципы определения границ были основаны еще в 20-
х гг. Так по работам проф. А.И. Стешен- ко и И.А. Кузнецова n г > = n ср . По
проф. С.И. Пилявскому, И.А. Кузнецову, П.И. Городец- кому n г > = n к . По
проф. С.И. Пилявскому, И.А. Кузнецову n э > = n к + n о . Дальнейшее развитие
характеризуется попыткой по- высить надежность расчетов за счет но- вого
принципа n ср < = n г > = n к . Выявление влияния на показатели работы карьера
способа вскрытия и направления развития обусловило понимание
ненадежности этих принципов. В это время предложен акад. В.В. Ржевским
n г > = n т принцип на основа- нии которого исследователи в дальнейшем
пытаются повысить надежность расчетов путем объединения его с ранее

известными. И проф. А.И. Арсентьевым n г > = n о + n, принцип который
трактуется как более об- щий и все ранее известные принципы это лишь
частные случаи нового. Далее на ос- нове развития экономических наук
выдви- гаются методы, основанные на оценке эффективности и сроков
окупаемости ка- питальных вложений. Учитывается улуч- шение показателей
во времени за счет прогресса техники и организа-
ции работ, оценивается количественное вли-яние масштаба работ
на себестои- мость про-дукции. В исследованиях 90-х гг. особую остроту
приобретают проблемы экологии и рационального использования
сырьевых ре-сурсов. И в связи с этим раз- рабатываются принципы с
использованием понятий коэф-фициентов выемки по проф. Г.А.
Холоднякову к г < = к к и к г < = к где: к г  граничный коэффициент
добычи, расчет- ное значение коэффициента выемки за определенный
пе-риод работы карьера. к к
 первоначальный коэффициент выемки, отношение объема горных
пород, выни- маемых за счет капитальных затрат к об- щему объему
горных пород в карьере. Из всех разработанных теоретических мето- дов
наибольшее распространение в про- ектной практике получил метод,
основан- ный на сравнении контурного и граничного коэффициентов
вскрыши. Следует отме- тить что приведенные методы это лишь
небольшая часть проведенных в этом на- правлении исследований. Но,
которая дает
некое представление о подходах к реше- нию вопроса об определении
конечной глубины. Все они основаны на сравнении различных
коэффициентов полученных при построении проектных контуров либо при
действующей разработке месторожде- ния. Также некоторыми
исследователями были написаны работы, которые позволя- ют определить
искомые значения границ карьеров в зависимости от поставленных целей
перед предприятием. В качестве це- лей понималось стремление к
максималь- ной экономической эффективности, т.е. к получению

максимальной прибыли от раз- работки месторождения либо к нормаль- ной
эффективности, обеспечивающей ра- боту карьера с нормативным сроком
оку- паемости затрат.
Из сказанного выше можно сделать вы- вод, что данные подходы к
решению постав- ленной задачи требуют дальнейшего разви- тия с учетом
современных тенденций разви- тия минерально-сырьевого комплекса нашей
страны.
Перспективным направлением в облас- ти определения границ открытых
горных работ можно считать разработку новых критериев для оптимизации
различных ва- риантов либо применение уже существую- щих, но пока не
реализованных в данном направлении. Так определение контуров с
применением таких общепризнанных кри- териев оценки экономической
эффектив- ности как чистый дисконтированный доход и внутренняя ставка
дисконтирования по- может существенно при-близить проектные решения к
действительной реальности. Это позволит более точно представить и
рассмотреть процесс развития горных ра- бот во времени динамику развития
и соот- ветственно оптимально прогнозировать выемку горной массы в
зависимости от экономической ситуации сложившейся на данный период или
прогнозируемой в бу- дущем; повысить способность предприятия к
осуществлению различных реакций на ситуации, возникающие на мировых
рын- ках сырья; уменьшить инерционность карьеров более грамотным
планированием режима горных работ. На ряду с вышепе- речисленными
критериями оценки эффек- тивности, для применения в расчетах гра- ниц
карьеров можно использовать крите- рий динамической доступности
минерально-сырьевых ресурсов. Примене- ние в расчетах этой величины
позволит уменьшить погрешность при расчетах па- раметров открытых
гонных работ. Такого сочетания факторов учитываемых при оп- ределении
этой величины не наблюдается ни в одном из известных методов опреде-
ления конечной глубины карьера. Метод оценки динамической доступности
мине- рально-сырьевых ресурсов учитывает эф- фективность их

использования, степень изученности и подготовленности запасов, изменение
доступности во времени по ме- ре завершения отдельных стадий освое- ния
месторождения, цены на минеральную продукцию, а также влияние
технического прогресса. Критерий доступности мине- рально-сырьевых
ресурсов основан на следующем определении данного понятия:
«доступность-это свойство системы »об- щество- минеральные
ресурсы», характе- ризующее возможность эффективного их
использования на основе достигнутого технологического уровня».
Количественной мерой ее является отношение фактиче- ской цены
товарного продукта к его рас- четной цене, обеспечивающей безубыточ-
ное извлече-ние и переработку сырья. В системе «обще-ство-
минеральные ресур- сы» фактическая цена характеризует по- требность
в данном виде сырья и его де- фицитность и, таким образом, отражает
допустимые для общества затраты на из- влечение и использование
данного вида сырья. В качестве фактических могут быть использованы
цены на мировых сырьевых рынках [2].
При рассмотрении и анализе сущест- вующих решений в
определении границ открытых горных работ определили, что
устоявшиеся методы расчетов не вполне отвечают требованиям
сложившимся в со- времен-ных условиях. Экономическая си- туация
сложившаяся в стране в настоящее время, особенности развития
горнодобы- вающей промышленности все это обу- славливает поиск
принципиально новых подходов, решений в научном направлении
проектирования карьеров и в частности его главных параметров
Перспективными на- правлениями в развитии методов опреде- ления
границ можно считать применение критериев отвечающих современным
ус- ловиям развития экономики.