Маркшейдерия и недропользование

Эффективность работы любого горнодобывающего предприятия зависит от величины имеющихся минерально-сырьевых ресурсов и их максимального использования в процессе эксплуатации. Последнее определяется своевременностью ввода части балансовых запасов месторождения в технологический цикл горных работ с целью обеспеченности рудника или шахты вскрытыми, подготовленными и готовыми к выемке запасами.

Недостаточный объем подготовленных и готовых к выемке запасов приводит к неритмичности процесса добычи руды, сокращению фронта очистных работ, невыполнению производственного плана по добыче руды и, часто к снижению и нарушению планомерности отработки месторождения. В связи с этим снижается производительность горнорудных предприятий и экономическая эффективность эксплуатации месторождений [4].

Излишнее развитие подготовительных и нарезных работ, а, следовательно, избыток подготовленных и готовых к выемке запасов вызывают замораживание оборотных средств в сфере производства и увеличивают расходы на поддержание выработок. Кроме того, как избыток, так и недостаток подготовленных и готовых к выемке запасов препятствует повышению интенсивности разработки, концентрации горных работ, рациональному использованию запасов. В связи с этим определение оптимальных значений запасов с различной степенью подготовленности к добыче и переход горных предприятий на работу с экономически обоснованными нормативами этих запасов является важной задачей.

Нормированию запасов с различной степенью подготовленности к добыче посвящены работы И.А. Булкина, С.М. Гаркави, А.И. Стешенко, Д.З. Гельмана, И.А. Старикова, С.Г. Борисенко, Н.П. Тихомировой, И.И. Бессонова, С. Л. Иофинаи др. [1,2,3]. Анализ проведенных исследований и производственной деятельности предприятий свидетельствуют о существовании разнообразных методов определения запасов по степени подготовленности к добыче. В настоящее время нормирование запасов регламентируется инструктивно-методическими руководствами [6,7].

Нормативы запасов по степени их подготовленности к добыче должны обеспечивать безусловное выполнение производственных планов при ритмичной работе предприятий по добыче полезных ископаемых и соответствовать принципу минимальных объемов горно-капитальных работ.

Величина норматива запасов зависит от интенсивности ведения горных работ, рациональных схем подготовки и нарезки выемочной единицы или ее части, степени совмещенности производственных процессов технологического цикла. С изменением указанных факторов изменяются и нормативы обеспеченности предприятия запасами, поэтому их устанавливают для каждого горного предприятия в отдельности и корректируют по мере изменения условий разработки.

Исходными данными для расчета нормативной обеспеченности предприятия запасами определенной степени готовности служат: горно-геологические условия отработки (расположение, число и глубина залегания рудных залежей, качественный состав руды) и горно-технологические параметры (схема вскрытия и подготовки, система разработки, оборудование, интенсивность проведения горных выработок, степень совмещения горных работ во времени).

Расчет нормативов производится относительно вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов выемочной единицы, последовательно вводимых в эксплуатацию в пределах отрабатываемого месторождения или его участка.

Норматив подготовленных и готовых запасов представляет собой их минимальную величину, обеспечивающих гарантированное выполнение годовых объемов добычи руды и металла. При этом полагается, что величина запасов месторождения, отдельных участков и блоков остается постоянной, также неизменными для вводимых в отработку блоков должны быть значения интенсивности проходки подготовительных и нарезных выработок, значения потерь и разубоживания руды. В действующих нормативах принято, что на тонну выданной руды необходимо подготовить очередную тонну запасов, полагая, что работы по проведению выработок выполняются четко по графику и без нарушения интенсивности процессов [5].

Однако это не всегда реализуемо в условиях действующего предприятия. Производственный цикл проходческих работ по воспроизводству и погашению запасов подвержен действию большого числа вероятностных факторов, нарушающих ритмичность технологии работ, снижая эффективность разработки месторождения из-за невыполнения установленных заданий по добыче руды и металла. Важной задачей становиться установление уровня обеспеченности предприятия запасами определенной степени готовности с учетом структуры производственного цикла отработки выемочной единицы, надёжности процессов и операций воспроизводства и погашения запасов.

Надёжность производственных процессов при воспроизводстве и погашении запасов определяется безотказностью отдельных операций и видов работ технологического цикла, как его структурных частей, так и в общем процессе производства запасов различной степени готовности.

В качестве примера рассмотрен Таштагольский рудник ОАО «Евразруда», разрабатывающий подземным способом крупнейшее в Сибири железорудное месторождение.

На сегодняшний день добыча руды в Таштагольском филиале ведется на трех участках и шести горизонтах. Ежегодный объем добычи руды составляет 1,7-1,9 млн. тонн. Запасы Таштагольского месторождения составляют более 700 млн. тонн сырой руды, основная часть которой залегает на большой глубине – 1700 м. Здесь располагаются запасы руды с высоким содержанием железа – порядка 44% [8].

По данным практики производства горных работ на Таштагольском руднике была проведена оценка динамики движения подготовленных и готовых к выемке запасов (рис. 1 и 2).

Рис. 1.
Движение подготовленных запасов на Таштагольском руднике

Рис. 2.
Движение готовых к выемке запасов на Таштагольском руднике

Из графиков следует, что для большинства действующих блоков движение запасов готовых и подготовленных к выемке характеризуется в общем случае вероятностным характером и происходит пилообразно: за счет ввода новых горизонтов и залежей, в результате отработки с учетом потерь, в связи с приростом и списанием запасов по данным доразведки месторождения. Очевидно, что выполнение утвержденного норматива запасов в общем плане маловероятно, поскольку объемы запасов блоков, вводимых в отработку, содержание полезных компонентов в руде и интенсивность производственных процессов при проходке и очистной добыче подвержены воздействию большого числа случайных факторов. Из-за большой неподтверждаемости объемов запасов и качества руды при планировании развития горных работ на этаже и в блоках необходимо всегда иметь некоторый резерв, гарантирующий выполнение годовой программы не ниже установленного.

Резкое изменение кривой фактической обеспеченности подготовленных запасов (рис. 1) происходит, как правило, в момент ввода новых блоков в эксплуатацию. Превышение фактической обеспеченности норматива объясняется следующим: часть блоков имела запасы, превышающие средние, одновременно было введено в отработку дополнительное число блоков, гарантирующих выполнение плана по добыче металла (1980-1986 гг.).

В дальнейшем отдельные блоки после проходки откаточных ортов были переведены в категорию частично готовых к выемке, где были начаты нарезные и очистные работы (1986-1987гг.).

В течение 1987-1988гг. на подготавливаемом горизонте велись проходческие работы по подготовке новых блоков, что обеспечило повышение уровня подготовленных запасов в 2,7 раза выше нормативных, часть из которых переведена в категорию готовых к выемке (1988-1991 гг.). Строились выработки для освоения запасов новых блоков и их переводу в стадию готовых к выемке. К 2003 году все запасы этажа были полностью подготовлены, и в них была начата очистная выемка.

В 2004-2007гг. велась проходка выработок на нижнем горизонте, обеспечивающая ввод новых запасов в эксплуатацию. С этой целью выполнены работы, позволяющие перевести названные запасы в категорию готовых к выемке.

Комплекс горно-подготовительных выработок, проведенных в 2007-2011 гг., обеспечил перевод в категорию подготовленных запасы нижележащего горизонта, что повысило объем подготовленности запасами к 2011 г. в 4,6 раза. Это объясняется проведением на горизонте основных откаточных штреков и сбоек с вентиляционными стволами согласно требованиям безопасного производства работ при вскрытии запасов горизонта.

Что касается готовых к выемке запасов (рис. 2), то начиная с 1980 г. велись работы по нарезке и обуриванию запасов блоков, которые в 1983 г. перешли в категорию полностью готовых.

Фактическая обеспеченность запасами рассматриваемой категории на этот период составила 8,5 месяца.

В 1983-1985 гг. эти блоки находились в процессе отработки, поэтому обеспеченность готовыми запасами снизилась до 7 мес. (при нормативе – 6 мес.). В этот период проводились нарезные и очистные работы в блоках по завершению которых фактическая обеспеченность предприятия готовыми запасами в 1989 г. составила 11,5 месяца, что превысило норматив примерно в 2 раза. В течение следующих пяти лет (1989-1993 гг.) в подготовленных блоках проводили нарезные и буровые и очистные работы. Фактическая обеспеченность готовыми запасами составила 7,3-9,3 мес., изменяясь в пределах 1,3-3,3 мес., т.е. норматив был превышен в 1,2-1,6 раза.

Снижение уровня фактической обеспеченности предприятия готовыми запасами от 11,5 до 7,3 мес. объясняется неравномерностью ведения работ при воспроизводстве и погашении запасов.

Для обеспечения стабильной работы рудника были подготовлены запасы новых блоков и начаты работы по переводу их в готовые, не снижая при этом объемов добычи (1993-2001 гг.). В этот период фактическая обеспеченность превышала норматив в 1,2-1,8 раза при максимальном значении 10,6 мес.

Доработка части подготовленных и готовых к добыче балансовых запасов в пределах годовой производительности, отсутствия должного финансирования горнопроходческих работ послужило причиной резкого понижения уровня обеспеченности горного предприятия готовыми запасами: от 10 до 3,5 мес. (2001-2006 гг.) и достигло критического уровня. Это привело к снижению качества сырья, поставляемого потребителю.

Начиная с 2005 г. наблюдается резкое увеличение обеспеченности запасами рассматриваемой категории до 7,7 месяцев. Однако, в дальнейшем из-за отсутствия достаточных объемов подготовленных запасов и невозможности ведения нарезных и буровых работ, величина готовых запасов вновь снизилась (в 3,2 раза) и составила всего 40% от нормативной.

Анализ работы предприятий показывает, что нормативы обеспеченности предприятий подготовленными и готовыми запасами, в основном, не исполняются вследствие нарушений выполнения технологических операций и процессов при производстве проходческих, нарезных и буровых работ.

Технологические процессы в выемочной единице подвержены влиянию большого числа случайных факторов, поэтому следует установить долю их воздействия на своевременность подготовки запасов.

Для этого на основании данных практики определяют интенсивность производственных процессов при воспроизводстве и погашении запасов блоков, исходя из надежности выполнения комплексов подготовительных, нарезных и очистных работ. В качестве основы служат статистические данные о потоках отказов и восстановлений технологических процессов и операций в блоке, установленные на основе хронометражных наблюдений.

Физический смысл надёжности заключается в готовности производственных систем по воспроизводству и погашению запасов сохранять свои проектные параметры в процессе эксплуатации. Это предполагает выполнение системой «элементарная выемочная единица» функции своевременности подготовки запасов к отработке, сохраняя при этом установленные технологические показатели.

В действующих инструктивных материалах [6,7] при определении величины запасов не учитывается влияние фактора надежности производственных процессов, в них нет методологических решений оценки своевременности воспроизводства и погашения запасов исходя из вероятностного характера их выполнения. Взаимосвязь процессов и операций технологии погашения запасов выемочной единицы рассматривается без учета надёжности структурных элементов производственного цикла.

Решение данной задачи возможно путем разработки методических положений определения оптимального уровня обеспеченности горного предприятия запасами разной степени подготовленности с учетом фактора надежности производственных процессов.

Такой методический подход позволит обеспечить надежную работу предприятия за счет своевременности ввода запасов блоков в отработку с учетом интенсивности подготовительных, нарезных и добычных работ.