Определение граничных показателей при проектировании открытой разработки рудных месторождений

В процессе проектирования карьера должна быть доказана техническая возможность, экономическая эффективность, промышленная и экологическая безопасность сооружения нового или реконструируемого карьера, определены его главные параметры, характеризующие карьер как промышленный объект, детально разработаны технологические схемы и процессы производства работ в период строительства (реконструкции) и эксплуатации, а также выработаны технические и организационные решения, обеспечивающие работу карьера с запроектированными техническими характеристиками.

В настоящее время нормативные акты, регламентирующие отношения по подготовке проектной документации, является одной из тех областей отечественного законодательства, которые еще не приобрели окончательной формы и подлежат дальнейшему развитию и совершенствованию.

Этапность проектирования предприятий, зданий и сооружений на территории Российской Федерации регламентирует постановление РФ от 16 февраля 2008 года № 87 (О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию) [59].

Со вступлением в силу указанного постановления не подлежит применению инструкция о порядке разработки, согласования утверждения и составе документации на строительство, предприятий, зданий и сооружений (СНиП 11−01−95), утвержденная постановлением Министерства строительства Российской Федерации от 30 июня 1995 года № 18−64 [56]. Также не подлежит применению порядок разработки, согласования, утверждения и состав обоснования инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений (СП 11−101−95), утвержденный постановлением Минстроя России от 30.06.1995 № 18−63.

В отличие от ранее действовавших нормативных документов положением не предусматривается стадийность проектирования: «ТЭО», «проект», «рабочий проект», а используется понятие «проектная документация» и «рабочая документация», исходя из которых объем проектной документации примерно соответствует объему ранее применявшейся стадии «рабочий проект» .

Заказчик должен подготовить проектную документацию в объеме, достаточной для проведения государственной экспертизы и осуществления строительства.

Понятие рабочей документации раскрывается в п. 4 Положения, из содержания которого можно заключить, что под рабочей документацией понимается совокупность документов в текстовой форме, рабочих чертежей, спецификаций оборудования и изделий, разрабатываемых непосредственно в процессе строительства (реконструкции, капитального ремонта) объекта капитального строительства в целях реализации технических и технологических решений, содержащихся в проектной документации на данный объект. Представляется открытым вопрос, насколько такая рабочая документация, носящая вспомогательный, вторичный характер, не имеющая установленной формы и порядка утверждения, должна связывать застройщика. Согласно буквальному прочтению нормы абзаца 1 п. 13 Положения об осуществлении государственного строительного надзора в РФ в новой редакции рабочая документация по своей обязывающей силе приравнена к проектной документации.

При этом объем состав и содержание рабочей документации должны определяться заказчиком (застройщиком) в зависимости от детализации решения, содержащихся в проектной документации и указываться в задании на проектирование.

Проектная документация состоит из текстовой и графической частей. Текстовая часть содержит сведения в отношении объекта капитального строительства, описание принятых технических и иных решений, пояснения, ссылки на нормативные и (или) технические документы, используемые при подготовке проектной документации и результаты расчетов, обосновывающие принятые решения. Графическая часть отображает принятые технические и иные решения и выполняется в виде чертежей, схем, планов и других документов в графической форме.

В целях реализации технических и технологических решений, содержащихся в проектной документации на объект капитального строительства, разрабатывается рабочая документация, состоящая из документов в текстовой форме, рабочих чертежей, спецификации оборудования и изделий.

В случае если для разработки проектной документации на объект капитального строительства недостаточно требований по надежности и безопасности, установленных нормативными техническими документами, или такие требования не установлены, разработке документации должны предшествовать разработка и утверждение в установленном порядке специальных технических условий.

Порядок разработки и согласования специальных технических условий для разработки проектной документации на объекты капитального строительства утвержден приказом Минрегиона России от 1 апреля 2008 г. № 36 «О порядке разработки и согласования специальных технических условий для разработки проектной документации на объект капитального строительства» (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 11.04.2008 № 11 517).

Законодательство Российской Федерации в рассматриваемой области развивается чрезвычайно динамично и в целом представляет собой яркий пример возможности урегулирования отношений формально-технического характера нормами права.

Таким образом, при отсутствии нормативной предварительной стадии проектирования для заказчика проекта или инвестора особо важное значение приобретает возможность получения оперативной обоснованной оценки целесообразности реализации проекта в условиях ограниченного объема стохастических исходных данных и динамичных рынков минерального сырья.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

1. Разработанная на основе симплекс алгоритма* методика позволяет определить производительность группы карьеров, совместно отрабатывающих участки рудного месторождения, при общей обогатительной фабрике, для обеспечения"требования по усреднению качества руды.

2. В условиях ограниченного объема стохастической исходной информации определение глубины карьера на конец отработки и его границ проводится по эксплуатационным затратам, соответствующим граничному (бортовому) содержанию полезных компонентов в руде независящим от коэффициента вскрыши или коэффициента добычи при разработке комплексных рудных месторождений.

3: Вфезультате анализа эмпирических данных по большой группе разрабатываемых открытым способом! рудных крутопадающих месторождений-аналогов, получены эмпирические зависимости для оперативного определения возможной продолжительности отработки карьеров в условиях ограниченного объема исходной информации. Как показал анализ работы рудных карьеров, оптимальный срок отработки полиметаллических рудных месторождений открытым способом, по критериям максимум чистой текущей стоимости (NPV) реализации руды, добытой за весь срок отработки месторождения составляет 18 — 23 года.

4. Для оперативного принятия решения" о целесообразности реализации проекта карьера, следует использовать диаграммы «запасы — содержаниерентабельность» и «производительность — содержание — рентабельность», построенные по данным карьеров-аналогов.

6. Положение точек, соответствующих данным оцениваемого карьера на диаграммах «запасы — содержание — рентабельность» и «производительностьсодержание — рентабельность», позволяют предварительно оценить вероятность рентабельной разработки проектируемого или действующего карьера, целесообразность реализации проекта.

4. ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ «ОЗЕРНОГО» ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГРАНИЧНЫХ ПРОЕКТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

Проект освоения «Озерного» месторождения полиметаллов включен в Федеральную целевую программу развития рудно-сырьевой базы металлургии России «Руда», Президентскую программу «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья», а также Федеральную программу социально-экономического развития Республики Бурятия. Проектом предусматривается строительство Озерного свинцово-цинкового горнообогатительного комбината, расположенного в Республике Бурятия.

Характерной особенностью минерально-сырьевой базы свинца и цинка России, по сравнению с зарубежной, является приуроченность запасов свинца и цинка к мелким и средним по своим масштабам месторождениям, которые, к тому же, имеют в целом более низкое качество руд (в 1,8 — 2,5 раза ниже). Вместе с тем на территории страны известны отдельные месторождения, уникальные по суммарным запасам металлов со сравнительно высоким их содержанием — Горевское в Красноярском крае, Холоднинское и Озерное в Республике Бурятия. Запасы этих месторождений составляют более 49% свинца и около 17% цинка от суммарных запасов.

Месторождение «Озерное» расположено в 300 км к северо-востоку от Улан-Уде, столицы Республики Бурятия.

Балансовые запасы полиметаллических руд «Озерного» месторождения утверждены протоколом ГКЗ СССР от 19 января 1970 г. в количестве 104,97 млн. т руды по категориям В и Ci и 23,2 млн. т руды по категории СгПервая очередь Озерного ГОКа по добыче руды на «Озерном» месторождении полиметаллических руд (Бурятия) будет пущена в эксплуатацию в 2008 г, на проектную мощность в 6 млн. т руды в год ГОК выйдет в 2012 г.

Месторждение «Озерное» относится к разряду крупных даже по мировым меркам. Оно является стратиформным, вулканогенно-осадочным. Руды по составу колчеданно-сидерит-полиметаллические.

Среднее содержание полезных компонентов в утвержденных запасах полиметаллических руд: цинка 6,57%, свинцаЛ, 25%, серы пиритного 20,82%, кадмия 0,017%, серебра 37,6 г/т. Первичные руды составляют 96% запасов. Зона окисления развита до глубины* 7 — 10 м.

Озерный ГОК ежегодно влечение 25 — 27 лет будет выпускать четыре вида товарной' продукции: рафинированный свинеццинковый концентрат (506 тыс. т) — пиритный концентрат (1753 тыс. т) — железорудный концентрат. Проектная. мощность — 6 млн. т руды в год.

Для освоения месторождения> создается горнометаллургический комбинат (ГМК), состоящий из хвостохранилища, обогатительной фабрики, карьеражилого поселка, сопутствующей инфраструктуры, вспомогательных и сопряженных служб, энергоблока на бурых углях 20 мВт, металлургического цеха по производству рафинированного свинца с сопутствующим производством строительного гипса, фабрики по переработке сидеритовых руд.

Разработка месторождения предусмотрена открытым способом. Срок строительства предприятия до выхода его на проектную 'производительность (6 млн. т руды в год) — 4 года после утверждения проекта строительства и 6,5 лет после регистрации лицензии. В первые 4 года строительства должно быть освоено 90% (357,3 млн.дол.) предусмотренных капвложений и построена железная дорога ГМК Озерный — ст. Могзон (164 км — 145,8 млн.дол.).

Существуют диспропорции между минерально-сырьевым потенциалом ' свинца, объемами производства металла в концентратах, выпуска его на металлургических заводах и потребностями внутреннего рынка России. Несмотря на наличие значительных запасов свинца, добыча и производство этого металла не обеспечивает потребности внутреннего рынка. Дефицит свинца хотя и сократился, но все еще остается весьма значительным. Этот дефицит ежегодно покрывается за счет закупок свинца в зарубежных странах, главным образом в Казахстане.

1194.1. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ.

ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ В РУДЕ.

Содержание основных компонентов в руде, установленное по скважинам, является случайной величиной и определяет пространственную изменчивость содержания основных компонентов. Для повышения надежности принятия проектных решений необходимо обоснованно, прогнозировать параметры и показатели карьера, имеющие стохастический характер. Рассмотрим содержание свинца и цинка в руде Озерного месторождения.

Базы данных программных продуктов, используемых для оценки технико-экономической целесообразности реализации проектов горнодобывающих предприятий, используют показатели и параметры в виде распределений случайных величин. Основой моделей, лежащих в основе таких программ, является, как правило метод Монте-Карло.

Большое число факторов, влияющих на величину содержания основных компонентов в руде, не является достоверным. Содержание основных компонентов, зависит от многих случайных величин и является величиной случайной. Случайной величиной, в теории вероятностей, называется такая, которая в результате опыта может принять то или иное значение, причем неизвестно заранее, какое именно.

Исследование законов распределения содержание свинца и цинка в руде «Озерного» месторождения позволяет установить количественные показатели, их изменения и задаться при проектировании и планировании горных работ определенными их значениями. Законом распределения-случайной величины называют соотношение, устанавливающее связь между возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями. Наглядное представление о законах распределения можно получить по статистическим графикам — гистограмме, полигону, статистической функции распределения.

Закономерности и параметры распределения содержания свинца и цинка в руде могут быть установлены при статистической обработке материалов геологической разведки или данных, полученных на действующих карьерах-аналогах и месторождениях-аналогах.

Обработка статистического материала осуществляется определением характеристик случайной величины — эмпирического среднего значения, математического ожидания, центральных моментов распределения, нормированных показателей ассиметрии и эксцесса.

Эмпирическое среднее содержания свинца и цинка в руде м (4.1).

N, — значение случайной величины рабочих содержания компонента в руде (/ = 1,2,3,.,").

Центральный момент распределения случайной величины кго порядка k=-?(N,-Ny. (4.2) п ,=1.

Второй центральный момент, называемый дисперсией, характеризует рассеивание случайной величины и является средним квадратом ее отклонения от среднего значения N.

2=ct2=±-±{Ni-NY, (4.3) п i^i.

Третий центральный момент, характеризующий асимметрию распределения.

-±(N,-Nf. (4.4) п м.

Четвертый центральный момент, называемый эксцессом, характеризует островершинность распределения.

M4=-?(N,-Ny. (4.5).

Математическое ожидание случайной величины, сумма произведений всех возможных значений случайной величины на вероятности этих значений.

2>, .р,.

E (N) =^-n-. (4.6).

Р, — вероятность появления случайной величины В, (/ = 1,2,3,.,").

Значения величин сг2, /лг, цА позволяют определить нормированный показатель асимметрии.

4−7) 2 и нормированный показатель эксцесса.

А =4 • (4.8).

Иг.

По значениям этих характеристик определяются параметры всех основных законов распределения. Для установления закона, которым можно аппроксимировать полученное распределение, можно воспользоваться графиком Пирсона [66], на котором нанесены области в плоскости (Д,/?2) для различных распределений — нормального, бета-распределения, гамма-распределения и логарифмически нормального.

Математическая обработка эмпирических геологических данных позволила выявить вид закона распределения полезных компонентов в руде Озерного полиметаллического месторождения.

Для решения этой задачи были обработаны положения горных работ карьеров аналогов. Измерения содержания свинца и цинка в руде проводились по всем скважинам карьеров на горизонтах отработки. При измерениях содержания свинца и цинка в руде получено 484 значения.

Результаты измерений содержания свинца и цинка в руде представлены в табл 4.1 — 4.2. По результатам измерений построена гистограмма распределения содержания свинца и цинка в руде (рис. 4.1 — 4.4).

Характеристики случайной величины, определенные по формулам 4.1.

На рис. 4.1 — 4.4 наблюдается резко, ассиметричное (положительное) распределение содержания основных компонентов в руде. Вариационные ряды с таким распределением характеризуется логарифмически нормальным (логнормальным) законом распределения, где нормальному распределению подчиняются значения логарифмов случайной величины.

Закон распределения случайной величины отражает вероятность появления различных ее значений.

Распределение содержания основных компонентов в руде описывается интегральной функцией логарифмически нормального распределения.

7,1 — дисперсия логарифмов содержание свинца и цинка в рудет1п — среднеквадратичное отклонение (стандарт) эмпирического рядаNln — эмпирическое среднее из логарифмов содержание свинца и цинка в руде;

На рис. 4.1 — 4.4 представлены кривые частостей содержания свинца и цинка в руде карьеров-аналогов. Оптимальная величина интервала.

4.5:

Свинец N = 0,99% //2 = 0,286 ^ = 1,325 = 2,815 Цинк N = 5,37% ju2 = 6,65 ju3 = 1,330 ju4 =2,866.

1> в-в.

4.9) h = l + 3,21g" mm.

4.10) где n — число единиц совокупности;

Значение интервала содержания свинца и цинка, соответственно равны h =0,35 и h = 1,93.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования и разработки методов определения граничных показателей при проектировании открытой разработки рудных месторождений, позволяющих повысить оперативность, эффективность и достоверность реализации проектных решений.

Основные научные и практические выводы:

1. На основе системного анализа нормативных документов, методологии проектирования горнотехнических систем-карьеров, опыта проектирования и разработки рудных карьеров-аналогов, установлена целесообразность обоснования и разработки методов определения граничных показателей, при которых полностью покрываются все капитальные и эксплуатационные затраты, налоги и выплаты процентной ставки, позволяющих осуществлять оперативное обоснованное принятие проектных решений в условиях ограниченного объема стохастических исходных данных.

2. Разработанная на основе симплекс алгоритма методика позволяет определить производительность группы карьеров, совместно отрабатывающих участки рудного месторождения, при общей обогатительной фабрике, для обеспечения требования по усреднению качества руды.

3. На основе анализа данных по группе рудных карьеров-аналогов, получены эмпирические зависимости возможной продолжительности отработки карьера от ожидаемых запасов руды, позволяющие осуществить оперативное принятие решений на предварительной стадии проектирования в условиях ограниченного объема исходной информации.

Как показал анализ работы карьеров-аналогов, оптимальный срок отработки полиметаллических рудных месторождений открытым способом, по критериям максимум чистой текущей стоимости (NPV) реализации руды, добытой за весь срок отработки месторождения составляет 18−23 года.

4. Разработанная, на основе выявленной взаимосвязи глубины карьера с граничными эксплуатационными затратами, соответствующими бортовому содержанию полезных компонентов в руде, коэффициентом вскрыши, методика обеспечивает принятие обоснованных проектных решений на предварительной стадии проектирования по глубине карьера на конец отработки.

5. На предварительной стадии проектирования рудных карьеров, для оперативного принятия решения о целесообразности реализации проекта, следует использовать диаграммы «запасы-содержание-рентабельность» и «производительность-содержание-рентабельность», построенные по данным карьеров-аналогов, на основе которых разработан метод оперативного сравнения рудных карьеров-аналогов.

6. На основе методов математической статистики установлен вид лог-нормального закона распределения полезных компонентов в руде «Озерного» полиметаллического месторождения, позволяющий при проектировании карьера осуществлять обоснованный выбор этого показателя, рассматривать наиболее вероятную область его изменения во времени отработки.

7. Установлен вид гиперболической зависимости между годовыми эксплуатационными затратами карьеров-аналогов и их производительностью по руде, а также вид степенной функции зависимости инвестиционных затрат карьеров-аналогов от производительности по руде.

8. В результате анализа горно-геологических исходных данных для условий открытой разработки «Озерного» полиметаллического месторождения установлены: средневзвешенные углы падения рудных тел со стороны висячего бока — 39,3°, со стороны лежачего бока — 40,5°- рациональный уровень потерь Ti = 0,86% и разубоживания р = 2,24%, соответственновысота уступа в рудной зоне -5м при поддержании высоты породных уступов равной 20 м.

Реализация разработанных методов определения граничных показателей, при проектировании открытой разработки рудных месторождений, в базе данных программы оценки целесообразности отработки окисленной зоны «Озерного полиметаллического месторождения, позволит получить экономический эффект в размере 11,12 млн.дол. за срок отработки карьера 1 очереди.

Методики и проектные решения, полученные в результате исследований, могут быть внедрены в проектных организациях и на карьерах, разрабатывающих рудные месторождения.