Цель и задачи проектирования

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО

«Уральский государственный

горный университет»

Кафедра Разработки месторождений открытым способом

 

 

Электронный

Учебно-методический комплекс по дисциплине

«Проектирование карьеров»

для специальности/направления 130400.65 «Горное дело»

По циклу СЗ.Б.С.4 Проектирование карьеров

 

 

Объем аудиторных часов 36

 

 

Составители:	Корнилков С. В.	Доктор тех. наук, профессор
	Беляев В. Л.	Доцент

 

 

Екатеринбург

2015

СОДЕРЖАНИЕ

 

Глава 1. Организация проектирования горных предприятий_ 3

1.1. Цель и задачи проектирования 3

1.2. Процесс проектирования 3

1.3. Содержание проектной документации_ 3

1.4. Состав проекта 3

1.5. Проектные организации_ 3

1.6. Организация проектирования 3

Глава 2. Обоснование проектных решений_ 3

2.1. Исходные материалы для проектирования 3

2.2. Достоверность и точность исходных данных при проектировании_ 3

2.3. Методы обоснования проектных решений_ 3

2.4. Технические критерии оценки проектных решений_ 3

2.5. Экономические критерии оценки проектных решений_ 3

Глава 3. Проектирование границ открытой разработки_ 3

3.1. Границы открытой разработки_ 3

3.2. Принципы определения границ карьеров 3

3.3. Современные методические подходы к определению границ открытых горных работ 3

Глава 4. Проектирование режима горных работ 3

Глава 5. Проектирование производственной мощности карьеров 3

5.1. Факторы, определяющие производственную мощность 3

5.3. Упрощенный метод определения производительности карьера 3

5.4. Метод проектирования производственной мощности на графиках-номограммах режима горных работ 3

6. Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ 3

6.1. Горно-геометрический анализ крутопадающих и наклонных месторождений. 3

6.2. Горно-геометрический анализ карьерного поля методу                             А. И. Арсентьева для крутых и наклонных залежей_ 3

6.3. Горно-геометрический анализ карьерного поля по методу В. В. Ржевского для горизонтальных и пологих залежей_ 3

Контрольные тест-билеты по дисциплине «Проектирование карьеров»_ 3

Глоссарий_ 3

Список литературы_ 3

Глава 1. Организация проектирования горных предприятий

Цель и задачи проектирования

Проектирование – один из начальных этапов создания нового объекта.

Понятие проектирование рассматривают в двух аспектах:

- предполагать, создать, сделать что-либо;

- разработка, составление проекта.

Существо понятия «проектирование» раскрывают следующие определения:

1) это поиск научно обоснованных, технически осуществимых, экономически целесообразных и экологически безопасных инженерных решений;

2) использование научных принципов и технической информации для определения структуры объекта, предназначенной для выполнения заранее заданных функций с наибольшей эффективностью;

3) целенаправленная деятельность по решению поставленных задач;

4) моделирование предполагаемых действий до их осуществления, повторяемое до тех пор, пока не появится полная уверенность в конечном результате;

5) принятие решений в условиях неопределенности с тяжелыми последствиями в случае ошибки.

Проект карьера – технический и юридический документ на строительство и эксплуатацию предприятия с открытым способом разработки.

Ошибки в проекте и отклонение от проектных решений в процессе эксплуатации, приведшие к большим материальным затратам, авариям или гибели людей подлежат уголовному расследованию.

Документация проекта является основанием:

- фирме – для решения о строительстве карьера и эффективности инвестирования;

- банку – для финансирования строительства и контроля расходов согласно смете и календаря капитальных вложений;

- дирекции строящегося карьера – для организации строительства карьера и его эксплуатации;

- дирекции действующего карьера – для планирования горных работ и контроля эксплуатационных затрат.

На процесс проектирования и принятие решений влияют следующие факторы:

- большой объём капиталовложений на строительство, реконструкцию или техническое перевооружение;

- необходимость учёта вероятности возникновения побочных эффектов, которую следует предвидеть на ранней стадии проектирования;

- необходимость использовать в проектах новых технических и технологических решений;

- недостоверность исходных данных и погрешность в расчётах предприятия.

 

Во всех случаях показатели проекта должны обладать следующими свойствами:

1) отвечать основным факторам, которые влияют на процесс проектирования, на принимаемые решения и на оптимальное использование горнотранспортного оборудования;

2) удовлетворять требованиям государственных стандартов, требованиям потребителям продукции, условиям взаимодействия со смежными объектами и системами (энергетической, транспортной и т. д.);

3) не выходить за пределы требований единой техники безопасности;

4) указывать достоинства и недостатки осуществляемого проекта;

5) соответствовать нормам технологического проектирования отрасли;

6) соответствовать возможностям получения оборудования, материалов, электрооборудования.

Задачу проектирования обычно формулируют следующим образом: разработать при некоторых ограничениях и обусловленных способом решения – систему или процесс, которые обеспечивают оптимальное выполнение поставленных задач.

Задачами проектирования являются:

- обоснование целесообразности строительства предприятия, технической возможности строительства и экономически эффективного, безопасного и экологически допустимого производства;

- разработка полного комплекса проектируемых решений для всех звеньев горного производства;

- использование последних достижений в области науки, техники и технологии для создания современного, конкурентоспособного горного предприятия.

Точность проектный решений зависит от достоверности и полноты сведений о геологии месторождения, составе и свойствах руд, вмещающих пород, компонентов полезного ископаемого и пустых пород, орографии и топографии поверхности, обводненности месторождения, климате с наблюдениями за продолжительный (30-50 лет) период, флоре и фауне, освоенности и структуре собственности района и т. д.

Проектирование горного предприятия может быть выполнено только квалифицированными специалистами в специальном бюро или организации.

При подготовке и принятии решения проектировщик сталкивается с необходимостью компромиссного выбора. К тому же очень часто исходные факторы носят не количественный, а качественный характер, что затрудняет поиск оптимума. При этом часто приходится принимать решения и двигаться дальше, не будучи уверенным в том, что это решение является наилучшим.

Существенным является то, что синтез новых технических объектов осуществляют на основе многократного повторения анализа для различных возможных вариантов проектных решений.

Оптимизация в процессе проектирования обеспечивает с одной стороны, определение в рамках выбранного варианта наиболее выгодного сочетания проектных параметров и, с другой стороны, выявление наилучшего в известном смысле варианта из рассматриваемых.

Процесс проектирования

Проектирование, вызвано необходимостью: определения круга объектов и систем, связанных с проектируемым карьером, учета и оценки их взаимного влияния, обоснования критериев оценки технических решений, принимаемых на различных иерархических уровнях, влияния этих решений друг на друга и на окончательные решения по карьеру, согласования начальных условий проектирования и принимаемых решения.

Согласно строительным нормам и правилам Российской Федерации (СНИП) СП 11-101-95 проектная подготовка любого строительства состоит из трех основных этапов.

I-й этап – определение цели инвестирования, назначения и мощности объекта строительства, номенклатуры продукции и потребителей, места (района) размещения объекта с учётом принципиальных требований и условий заказчика (инвестора), его технические и технологические данные, источники финансирования и сроки строительства. Результатом работы в этой стадии является ходатайство (декларация) о намерениях, которая подлежит согласованию с местными органами исполнительной власти.

II-й этап – разработка обоснований инвестиций в строительство для принятия решения о хозяйственной необходимости, технической возможности, коммерческой, экономической и социальной целесообразности инвестиций в строительство и получения разрешения на земельный отвод для размещения объекта.

III-й этап – разработка проектной документации (проекта), согласование, экспертиза и получение решения об изъятии земельного участка под строительство.

В сложных горно-геологических условиях выполняется еще одна стадия проектирования на наиболее сложные объекты горного предприятия – рабочие чертежи.

Проектированию горнодобывающего предприятия предшествуют геологоразведочные работы с предварительной проектной проработкой в две стадии.

Первая – во время геологической разведки. Она выполняется самой геологической организацией или привлечённой к этой работе проектной организацией. Задача этой стадии – определение целесообразности продолжения предварительной, а затем детальной геологической разведки.

Вторая – при разработке кондиций для подсчёта запасов полезного ископаемого с целью их утверждения в Государственной комиссии по запасам (ГКЗ) и передаче на баланс Государственного геологического фонда. Эта стадия носит наименование технико-экономическое обоснование кондиций на полезное ископаемое конкретного месторождения минерального сырья.

На этой стадии определяются условия, при которых отработка запасов месторождения целесообразна. Технические вопросы этой стадии проекта решаются укрупнено. Наиболее подробно рассматриваются и подлежат обоснованию:

1) бортовое содержание полезных ископаемых;

2) минимальное промышленное содержание полезных компонентов в подсчетном блоке;

3) минимальная истинная мощность полезного ископаемого по пересечению;

4) максимально допустимая мощность прослоев пород и некондиционного минерального сырья включаемых в подсчёт запасов;

5) максимально допустимое содержание вредных компонентов в подсчетном блоке и в пробе при оконтуривании запасов.

Текстовые и графические материалы ТЭО содержат:

- сведения о месторождении, его геологическом строении и запасах;

- прогноз спроса и предложения на товарную продукцию и попутные компоненты;

- данные о системе налогообложения;

- принятые в расчетах величины и параметры: глубина и граница карьера (границы отработки запасов), режим горных работ, системы разработки, вскрытия, производительности предприятия, потери и разубоживание полезного ископаемого, объемы горно-капитальных работ, себестоимость добычи и переработки полезного ископаемого, в том числе с применением принятых в условиях лицензионного соглашения ставок платежей за пользование недрами, отчислений на воспроизводство минерально-сырьевой базы и др. или при освоении месторождения на основе соглашения о разделе продукции – объем компенсационной продукции, капитальных затрат и их структуры с учетом стоимости мероприятий по охране окружающей среды и ликвидации предприятия и т. д.

Материалы ТЭО кондиций представляются в ГКЗ недропользователями вместе с заключением органов исполнительной власти субъекта Российской Федерации, на территории которого находится данное месторождение и территориального органа управления государственным фондом недр Министерства природных ресурсов Российской Федерации. Материалы ТЭО эксплуатационных кондиций: по месторождениям, находящимся в разработке и предложения о списании с баланса действующих предприятий балансовых запасов согласовываются с органами Ростехнадзора.

На основании ТЭО кондиций ГКЗ заключает договор с недропользователем.

Утвержденные ГКЗ параметры кондиций являются основанием для подсчета (пересчета) запасов оцениваемого месторождения и внесения при необходимости органами, выдавшими лицензию, соответствующих изменений в условия, лицензионного соглашения.

Содержание проектной документации

В ходатайстве (декларации) о намерениях указываются: адрес инвестора (заказчика), местоположение намечаемого к разработке месторождения, наименование предприятия, его технические и технологические данные, объем производства в натуральном и стоимостном выражении, срок строительства и ввода в эксплуатацию, примерная численность рабочих и служащих, источники удовлетворения потребности в рабочей силе, ориентировочная потребность в сырье, материалах, воде, энергоресурсах. Там же указываются источники снабжения, транспортное обеспечение, обеспечение работников и их семей объектами жилищно-коммунального и социально-бытового назначения, потребность в земельных ресурсах. В документе приводятся сведения об отводе стоков воды, методы очистки и качество сточных вод, условия сброса, использование существующих или строительство очистных сооружений, возможное влияние предприятия на окружающую среду, возможность аварийных ситуаций, отходы производства (виды, объёмы, токсичность) и способы их утилизации, источники финансирования, учредители, участвующие пайщики, коммерческие банки, кредиты, использование готовой продукции (потребители).

Обоснование инвестиций содержит: исходные природные и геологические данные о месторождении полезного ископаемого; экономические сведения о районе месторождения об источниках инвестиций; данные о необходимых ресурсах, вовлекаемых в хозяйственную деятельность предприятия; сведения о рынке строительных услуг, Предприятий-поставщиков оборудования и материалов, согласованная декларация о намерениях; потребность в продукции карьера с обоснованием в области сбыта, установленном на основе конъюнктуры рынка, исследования спроса, уровня цен, инфляции, состояния деловой активности, мероприятий по стимулированию сбыта продукции, в том числе на внешнем рынке; производственную мощность по основной и попутной продукции с учетом перспективной потребности в продукции предприятия на внутреннем в внешнем рынках, конкуренции, наличия необходимых ресурсов, уровня качества и стоимости продукции, возможности получения экспортных лицензий; обоснование выбранной технологии основного и вспомогательных производств на основе сравнения возможных вариантов по уровню их экономической эффективности, технической безопасности, потреблению ресурсов на единицу продукции и степени риске и вероятности аварийных ситуаций; обоснование выбора основного оборудования для обеспечения технологической экологической 6еопасности работы предприятия и источники приобретения; решения по производству попутной продукции, утилизации, безопасному уничтожению или хранению отходов; производственно-технологическая структура и состав предприятия, обеспечение предприятия ресурсами (материалах, воде, топливе, энергии, запчастях) с анализом возможных источников; характеристика генплана предприятия с обоснованием его оптимальности, принципиальные решения и главные параметры зданий и сооружений, сроки и очерёдность строительства; потребность в строительной продукции и материалах; решения по энергообеспечению, транспортным коммуникациям, тепло и водоснабжению, канализации; условия и характеристика труда на предприятии, потребность в трудовых ресурсах, требования к квалификации, варианты удовлетворения потребности в рабочей силе: оргнабор, вахтовый метод и пр.; оценка эффективности инвестиций с учётом стоимости строительства, источников и условий финансирования, себестоимости основных видов продукции, прогноза изменеия основных показателей производственной деятельности предприятия в течение расчетного периода, анализа тенденции изменения рентабельности и мероприятия по обеспечению минимизации возможных потерь, оценки риска инвестиций; обоснования расчётного периода, включая время проектирования, строительства, освоения проектной мощности и эксплуатации горного предприятия; учёта прогнозируемого изменения цен по всем составляющим элементам дохода и издержек производства по годам расчётного периода.

Состав проекта

Проектная документация (проект) по СНиПу 11-01-95 состоит из следующих разделов:

1. Общая пояснительная записка.

2. Генеральный план и транспорт.

3. Технологические решения.

4. Организация и условий труда работников.

5. Управление производством и предприятием.

6. Архитектурно-строительные решения.

7. Инженерное оборудование сети и системы.

8. Организация строительства.

9. Охрана окружающей среды

10. Инженерно-технические мероприятия по гражданской обороне, мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций.

11. Сметная документация.

12. Эффективности инвестиций.

13. Жилищно-гражданское   строительство.

Применительно к горному предприятию ПРОЕКТ состоит из следующих частей: общей части и технико-экономической справки, геологической, горной (технологической), Горно-механической, обогатительной, энергетической, генплана и строительной, транспортной, экономической, сметной, охраны окружающей среды и организации строительства.

В общей части приводятся краткие сведения по всем частям проекта и справка технико-экономических показателей проекта.

Геологическая часть проекта включает характеристику района месторождения, климат и орографию района, геологическую и гидрогеологическую характеристику месторождения и вмещающих пород, характеристику полезного ископаемого и вмещающих горных пород, типы и технологические сорта руд, физико-механические свойства горных пород и руд, запасы полезного ископаемого, утверждённые ГКЗ, степень разведанности месторождения и перспективы прироста запасов.

Горная (технологическая) часть содержит:

- обоснование конечных и промежуточных контуров карьера; анализ месторождения, подсчёт объёмов вскрыши и запасов полезного ископаемого в контурах карьера, залежах, геологических блоках или горизонтах;

- календарный режим работы карьера;

- обоснование максимальной по горнотехническим условиям и необходимой производственной мощности карьера по полезному ископаемому;

- календарное распределение объёмов вскрышных и добычных работ, срок службы карьера и продолжительность этапов эксплуатации, объём горно-капитальных работ;

- обоснование и расчёт основного горного оборудования для добычных и вскрышных работ;

- расчеты параметров технологических процессов на карьере: выемочно-погрузочного (паспорта забоев и параметры экскавируемой горной массы), подготовки горной массы к экскавации (обоснование типа взрывчатого вещества, паспорта буровзрывных работ, выбор модели бурового, зарядного и забоечного оборудования и расчет их количества), внутрикарьерного транспорта (обоснование вида и модели, количества, параметры транспортных коммуникаций и системы обслуживания), отвалообразования (обоснование способа отвалообразования и средств механизации, расчёт их количества, паспорта отвалообразования), складирования и усреднения полезного ископаемого (обоснование способа и средства механизации, расчёт количества оборудования); обоснование системы разработки и расчёт параметров (ширина рабочей площадки, конструкция фронта работ и скорость его подвигания, угол и конструкция рабочего борта карьера, конструкция выработанного пространства, готовые к выемке запасы);

- обоснование способа вскрытия карьерного поля в целом и по этапам отработки, грузопотоки, расчёт параметров (форма, конструкция и параметры трасс, места ввода трасс в карьер, параметры разрезных траншей и способы их проведения);

- дренаж, водоотлив и ограждение от поверхностных вод;

- способы хранения взрывчатых материалов и их доставка в карьер;

- общие мероприятия по обеспечению безопасности работ в карьере (защита от затопления, обвалов, снежных заносов и лавин, противопожарные мероприятия);

- мероприятия по обеспечению комфортных условий работы на рабочих местах (борьба с пылью, газами, повышенной и пониженной температурой, вибрацией);

- промсанитария и перевозка рабочих (снабжение питьевой водой, медпункты, достатка людей на объекты работ).

Горно-механическая часть содержит проектные решения по водоотливным, компрессорным, вентиляторным и подъемным установкам, организации ремонтных работ, обогатительным и дробильно-сортировочным установкам, перегрузочным бункерам, аварийным складам полезного ископаемого, контроль за качеством товарной продукции.

Энергетическая часть содержит сведения об электро- и теплоснабжении, линиям электропередачи и теплосети, осветительному оборудованию.

Строительная часть содержит проектные решения по промышленным зданиям и сооружениям на поверхности.

Генеральный план и транспорт содержит сведения о размещении зданий я сооружений на промплощадке, трассам путей сообщения, линий электропередачи и связи, внешнему транспорту и общему ситуационному плану.

Охрана окружающей среды и захоронение токсичных отходов содержит необходимые расчеты и проектные решения в этих областях.

Экономическая часть содержит обоснование экономической эффективности принятых решений в проекте, расчёт и обоснование технико-экономических показателей и показателей эффективности инвестиций.

Сметная часть содержит сводный расчёт стоимости строительства всех объектов промзоны, затрат на приобретение и монтаж оборудования, материалов, затрат на изыскательские и другие работы.

Организация строительства включает календарный график строительства, организацию строительных работ, горно-капитальные работы, капитальные затраты и их распределение.

Проектные организации

Проектирование новых и реконструкция действующих карьеров выполняется проектными институтами или бюро. При централизованной системе управления промышленностью у нас в стране проектные институты разделялись на проектно-исследовательские и собственно проектные. Они входили в состав соответствующей горнодобывающей отрасли: угольной, черной металлургии, цветной металлургии, редких и радиоактивных металлов, горно-химического сырья, строительных материалов или строительной отрасли: строительства железных и автомобильных дорог, гидротехнических сооружений.

Задачами проектно-исследовательских институтов являлись: сбор, обработка и обобщение данных эксплуатации карьеров отрасли, составление нормативных документов для проектирования, анализ сырьевой базы отрасли и оценка перспектив её развития, разработка технической политики развития отрасли, составление технико-экономического обоснования (ТЭО) или доклада (ТЭД) по новым месторождениям или для реконструкции действующих. Примером таких институтов являлись: в угольной отрасли - Центрогипрошахт, в чёрной металлургии – Гипроруда, в цветной металлургии – Гипроцветмет, в горно-химической – Госгорхимпроект, строительных материалов – ВНИПИИстромсырьё.

Собственно проектные институты в свою очередь разделялись по районам обслуживания отрасли (Уралгипршахт, Южгипроруда, Кривбасспроект и т. д.) и по виду добываемого ископаемого (Унипромедь, Гипроникель, Якутнипроалмаз и т. д.). Часть из них выполняли и исследовательские работы в отрасли или районе.

Качканарский ГОК

Трубка мира

Нюрбинский ГОК

Карьер Бингем

Ещё одной особенностью проектирования горных предприятий в нашей стране являлась организационная структура горнодобывающих отраслей. С начала индустриализации страны организация горнодобывающих предприятий строилась в рудных отраслях по принципу ГОКов, т. е. создания горно-обогатительных комбинатов. В этом случае карьер является частью горно-обогатительного комбината, и он проектировался отдельно, но в комплексе с обогатительной фабрикой. Проектирование обогатительных, агломерационных фабрик и в других цехов выполняли специализированные проектные организации, входившие в отрасль. Например, в чёрной металлургии проектирование обогатительных фабрик выполнял институт Механобр.

 

В настоящее время проектные организации потеряли свое отраслевое подчинение, но сохраняют выполняемые функции проектирования, авторского надзора за осуществлением проекта и стремятся выполнять дополнительные: приобретение и поставки оборудования и материалов для строительства карьера, опробование и сдача заказчику объекта «под ключ».

За рубежом проектирование горных предприятий производятся проектными бюро горнодобывающих фирм или специализированными инженерными фирмами.