История открытой добычи полезных ископаемых показывает, что имеется тенденция к увеличению глубины проведения работ. В начале XX века основной объем горных работ сосредотачивался на осадочных породах, причем карьеры редко превышали глубину в 100 метров от поверхности. Однако со временем максимальная глубина добычи открытым способом выросла до 200–300 метров, а в некоторых случаях даже до 400 метров, благодаря улучшениям в технике и технологиях. Эти изменения ведут к повышению спроса на минеральные ресурсы и подтверждают, что открытый метод остается наиболее эффективным и продуктивным для добычи полезных ископаемых из земли. По данным отечественных и зарубежных ученых, около 80 % всей добычи полезных ископаемых осуществляется методом открытой добычи. [1]
Качарское месторождение находится в 55 километрах от города Костанай и на таком же расстоянии от города Рудный. Ближайшая железнодорожная станция Озерное (по линии Троицк — Кустанай) находится в 22 километрах от месторождения.
С точки зрения рельефа, Качарское месторождение представляет собой степную равнину. Высоты над уровнем моря в районе залежи колеблются от 189 до 197 метров.
Основной водной системой в данном районе является река Тобол и ее притоки — реки Аят и Уй, с притоком Тогузак. Река Тобол протекает на расстоянии 50 километров к юго-востоку от Качарской залежи.
Климат в этом районе характеризуется резко континентальным характером с жарким и сухим летом и холодной и продолжительной зимой. Доминирующими ветрами являются юго-западные. Среднегодовое количество осадков варьируется от 147 до 504 миллиметров, в среднем составляя около 340 миллиметров.
На общем равнинном фоне наблюдаются отрицательные микроформы в виде замкнутых округлых бессточных озерных котловин.
Качарское месторождение магнетитовых руд приурочено к Качарской вулканогеннотектонической впадине Качарско-Давыдовского рудного поля. Район в целом относится к северной части Валерьяновской структурно-формационной зоны.
В геологическом строении принимают участие два комплекса пород: палеозойский вулканогенно-осадочный комплекс, в который входят рудные залежи, и комплекс горизонтально залегающих мезокайнозойских отложений Палеозойские породы разделены в разрезе месторождения на восемь толщ и приурочены к свитам нижнего и среднего карбона: сарбайской (I и II толщи), соколовской (III), андреевской (IV), коскульской (V и VI) и викторовской (VII). Толща VIII выделена условно. Породы представлены порфиритами, афиритами, песчаниками, туфами, туфопесчаниками, туффитами, ангидритами, алевролитами, известняками, лавобрекчиями, конгломератами, изверженными породами, в том числе кварцевыми и кварцсодержащими порфирами. Метасоматизм проявлен широко, особенно в районах оруденения.
Большая часть метасоматических руд месторождения приурочена к породам в зоне перехода от осадочной части разреза к вулканогенной (толщи I-IV).
Рудные залежи месторождения представлены сплошными богатыми магнетитовыми рудами и бедными вкрапленными магнетитовыми рудами с прослоями безрудных пород. Буровыми скважинами, пройденными на Качарском месторождении установлено, что оруденение прослеживается до глубины, превышающей 1 км.
Скарново-рудная зона месторождения имеет размеры в плане 5,5×3,5 км и максимальную мощность в центральной части более 1000 м. Рудные тела Качарского месторождения располагаются на глубине до 200 метров от поверхности и перекрыты андезитовыми и андезитобазальтовыми порфиритами и их туфами.
На месторождении выделены три участка: Южный, Северный и Северо-Восточный. В настоящее время разрабатываются Северный и Южный участки.
Отработка месторождения ведется жестко-зависимой углубочной системой разработки с внешним отвалообразованием (по классификации академика Ржевского В. В.), которая учитывает степень зависимости добычных, вскрышных и горноподготовительных работ друг от друга во времени и пространстве, направления выемки руды и образование породных отвалов.
В настоящее время на предприятии принята комбинированная транспортная система разработки месторождения, с доставкой руды и скальной вскрыши от забоев до внутрикарьерных перегрузочных пунктов автотранспортом с последующей транспортировкой руды на фабрику ж.-д. транспортом и скальной вскрыши от перегрузок на внешние отвалы посредством ж.-д. транспорта. Породы рыхлой вскрыши транспортируются от забоев на внешние отвалы авто и ж.-д. транспортом.
Углы откосов рабочих уступов по рыхлым породам приняты до 60º. Углы откосов рабочих уступов по скальным породам приняты до 70º.
Ширина рабочих площадок по руде, скальным породам и рыхлым породам принята 50м, что обеспечивает размещение на горизонтах оборудования, транспортных коммуникаций и создание готовых к выемке запасов.
Разработка уступов в скальных породах характеризуется комплексом связанных между собой основных технологических процессов — буровзрывных и выемочнопогрузочных работ. Выемка горной массы осуществляется из развала взорванных пород за одну или несколько экскаваторных заходок. [2]
Глубинная зона месторождения представляет собой часть запасов полезного ископаемого, которая еще не подготовлена к добыче и находится ниже уровня дна карьера. Доработка глубинной зоны включает в себя разнос бортов карьера с увеличением их уклона, в том числе за счет сокращения ширины транспортных платформ. Кроме того, при доработке глубинной зоны как завершающем этапе разработки месторождения, наблюдается снижение производственной мощности по сравнению с проектной более чем в два раза. Также характерно большое расстояние для транспортировки и, в зависимости от условий месторождения, необходимость выемки пород из приконтурной зоны.
Основные параметры карьера включают его глубину, уклоны бортов, ширину и длину по дну и по поверхности, а также объем горной массы и запасов полезного ископаемого в контуре карьера. Схема взаимосвязеней основных параметров карьере указано на Рисунке 1. Глубина карьера определяется исходя из экономической целесообразности разработки месторождения. В зависимости от глубины меняется также выемочных-погрузочного и транспортного оборудования. Углы уклонов бортов карьера должны быть оптимальными для обеспечения устойчивости горных выработок. Ширина, длина и объем карьера зависят от его глубины, уклонов бортов, ширины и длины по дну. Объем полезного ископаемого относится к общему объему горной массы. Также он зависит от положения контура в пространстве относительно горизонтальной мощности рудной залежи.
Рис. 1. Схема взаимосвязей основных параметров карьера
В условиях доработки с минимальным разносом глубоких карьеров, при анализе различных видов транспорта, меняются параметры схем, в которые они включены. Следовательно, выбор транспортных средств для перевозки горной массы на поверхность при доработке глубинной зоны зависит от стоимости транспортировки, ширины транспортного средства и его производительности.
Стоимость транспортировки зависит от расстояния перевозки горной массы и стоимости транспортировки за единицу расстояния (тонна/километр), которая, в свою очередь, зависит от типа транспортного средства. Стоимость транспортировки может быть рассчитана или получена на основе анализа статистических данных.
Наименьшая стоимость транспортировки достигается при использовании железнодорожного и автомобильного транспорта, составляя 0,09 USD/т-км и 0,28 USD/т-км соответственно. Стоимость доставки горной массы на поверхность при помощи конвейерного транспорта составляет 0,57 USD/т-км.
Из-за ограниченных пространственных условий на больших глубинах, применение железнодорожного транспорта становится затруднительным, а строительство конвейерного транспорта требует крупных вложений. Поэтому наиболее мобильными средствами транспортировки на карьерах являются автомобильный и колесный погрузчик. Однако использование колесных погрузчиков в качестве основного средства транспортировки ограничено из-за высокого коэффициента тары.
В результате, железнодорожный транспорт ограничен глубиной в 150–200 метров, а конвейерный — в 270–350 метров. Использование автосамосвалов также ограничено их геометрическими параметрами, радиусом поворота, уклоном дороги и стоимостью транспортировки, что делает автомобильный транспорт более подходящим для работы на больших глубинах карьеров. Рекомендуется использовать колесные погрузчики для перемещения материала на расстояние до 1 километра для очистки остатков горной массы после добычи экскаватором.
Расчет себестоимости транспортирования путем технико-экономического анализа заключается в следующем. Вычисляется годовая стоимость работы автосамосвала:
где:
При выборе транспортного средства для работ на месторождении следует учитывать его способность обеспечить минимальную или приемлемую стоимость добычи полезных ископаемых, максимальный объем доработки и необходимую производственную мощность. [3]
Очевидно, что при работе с глубинной зоной месторождения лучше использовать автосамосвалы более компактных размеров, чем те, которые обычно используются на карьере. Учитывая, что доработка глубинной зоны может занять непродолжительное время, целесообразно использовать арендованное оборудование или привлекать подрядные организации.
Литература:
- Съедина С. А. Геомеханическое обеспечение устойчивости бортов карьера при его углубке.
- Перспективы развития Кустанайского железорудного бассейна. Под ред. Н. В. Мельникова. А-А., 1972.
- Moldabayev, S., Adamchuk, A., Sarybayev, N., та ін. Improvement of open cleaning-up schemes of border Mineral reserves: International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, International Multidisciplinary Scientific Geoconference, 19. C. 331–338.
