научные основы проектирования карьеров

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРОВ

Под общей редакцией: член-корр. АН СССР В. В. Ржевского, проф., докт. техн. наук М. Г. Новожилова, проф., докт. техн. наук Б. П. Юматова

Издательство «Недра» Москва, 1971

4.    Численность трудящихся (по процессам) п производительность труда <ио добыче, вскрыше), распределение рабочих по степени механизации труда.

5.    Данные о потребной объеме, стоимости п месте размещения жнлшцно-граждапского строительства.

6.    Капитальные затраты па строительство (ио направлениям п видам работ).

7.    Себестоимость добычи полезного ископаемого и вскрышных работ (ио элементам затрат) и ее обоснование.

8.    Технико-экономические показатели проекта, их анализ п сопоставление с показателями апалогичпых лучших карьеров.

9.    Экономическая эффективность строительства.

10.    Рентабельность работы предприятия.

Техпико-экопомическая часть представляет собой сводку основных технических решений и расчет и анализ осповпых техпико-экопомичеекпх показателей проекта.

II. Геологическая часть

1.    Геологическое строепие месторождения, характеристика полезного ископаемого и вскрышпых пород, сопутствующих полезных ископаемых и вредных примесей, гидрогеологическая характеристика, разведанность и благонадежность месторождения.

2.    Обоснованно грапиц и подсчет запасов карьерного поля, подсчет объемов п коэффициентов вскрыши.

К этой части прилагаются чертежи по геологической и гидрогеологической характеристике поля (составленные на основании графической части геологического отчета), планы подсчета запасов полезного ископаемого и вскрыши (в пределах контуров карьера).

///. Технологическая часть

1.    Общая организация работы и проектная мощность карьера: режим работы по вскрыше и добыче, обоснование проектной мощпостн (годовой, суточной, смеппой) и срока службы карьера, мощпость карьера па момент сдачп карьера в эксплуатацию.

2.    Обоснование принципиальной схемы комплексной механизации и вариантов вида и типа бурового, выемочного, транспортного и отвальпого оборудования.

3.    Покрытие карьерного поля: технпко-экопомические обоснования выбора вариантов вскрытия, выбор порядка отработки поля карьера, объемы горно-строительных работ по принятому варианту. Графическая часть — схема вскрытия поля и поперечные разрезы капитальных и разрезных траншей.

4.    Система разработки: выбор п обоснование варианта системы разработки, выбор типов, расчет потребных параметров, производительностп и количества вскрышпого и добычного оборудования, установление осповных элемептов системы (высота и число уступов, углы откосов уступов и бортов, рабочие площадки, бермы, ширина заходок, длина фронта, годовое иодвпгапие, опережение вскрышпых работ, отработка тупиков карьера, вопросы селективности добычи, лачистка пласта); буровзрывные работы (выбор метода и типа оборудования, расчет параметров, вторичное дробление, расход BI3, объем и расположение складов В В и ВМ); календарный план разработки карьерного поля по вскрыше н добыче.

Графическая часть — система разработки, планы горных работ на момент сдачи карьера в эксплуатацию и освоения проектной мощности, календарный план выемки полезного ископаемого и вскрыши.

5.    Отвальное хозяйство: потребные объемы п выбор места размещения отвалов, инженерно-геологпчеекпе условия отвалообразования, выбор типов, параметров, производительности я количества отвальпых машин, определение параметров отвалов (высота п углы откоса уступов, длины фронтов, число тупиков), схемы развития отвалов, рекультивация отвальных площадей. Сводные данные (в таблице) о потребности в оборудовании для вскрышных и добычпых работ н отвалообразоваппя. Графическая часть — плап расположения отвалов, транспортных коммуникаций п отвального оборудования.

6.    Внутрнкарьерный транспорт: исходные положения н материалы для проектирования, технические условия на проектирование; сравнительная оценка и выбор варианта транспорта для добычи и вскрыши; выбор схемы транспортных коммуникаций; устаповлепие потребного количества трапспортных средств; передвижка, ремонт и содержание транспортных коммуникаций; организация движения, связь и СЦБ; тяговое, экипировочное, гаражное хозяйство; сводные данные о потребности в транспортном оборудовании но добыче и вскрыто; сводные дапные об объемах работ по объектам внутрикарьерпого транспорта.

Графическая часть — совмещенные планы горпых работ п транспортных коммуникаций па момент сдачи карьера п освоения проектной, мощности, планы ж.-д. станций, продольные н иоперсчпые профили ж.-д. путей п автодорог.

7.    Осушение карьерного поля, водоотлив: выбор и обоснование схемы защиты карьера от поверхностных вод и осушения карьера, расчет элементов и количества дренажных устройств, осушение отвалов, механизаций и организация проходки дренажных выработок, расчет притоков воды в карьер, определение потребпой производительности, количество и выбор места расположения водоотливных установок, проветривание подземных дренажных выработок, сводные данные по объемам работ, дренажным выработкам и устройствам и потребном оборудовании.

Графическая часть — чертежи по гидрогеологической характеристике месторождения (из геологического отчета), гидрогеологические разрезы с нанесением водопонизительных устройств (через поло п по оси разрезной траншеи); план расположения дренажных выработок и устройств; план поверхности с нанесением водозащитных и водоотводящих устройств; конструкции дренажных выработок и устройств, график организации работ по водопопижению.

8.    Мероприятия по технике безопасности: обеспечение устойчивости бортов и отвалов; противопожарные мероприятия; мероприятия по электромеханическому хозяйству.

9.    Технологический комплекс (по приему и отгрузке полезного ископаемого) потребители полезного ископаемого, их расположение, требования к качеству, организация дроблеппя полезного ископаемого, усреднение качества, организация отгрузки, коптроль веса и качества, склады полезного ископаемого, отборка породы и породное хозяйство, схема ценя аппаратов технологического комплекса, потребные типы и количество оборудования.

Графическая часть—план и разрезы сооружений технологического комплекса, схема цепи аппаратов и спецификация оборудования,

10.    Вспомогательные цехи: организация ремоптпого хозяйства (объемы, стапочный парк, размещение ремонтных пунктов, потребная численность трудящихся, расход энергии, металла); складское хозяйство (склады горючих и смазочных материалов, материальный склад).

Графическая часть — ремонтпые пункты (планы п разрезы), материальный склад (планы и разрезы).

IV, Энергетическая часть

1. Электроснабжение и электрооборудование: электроснабжение горных работ (схема, установленная и потребляемая мощность по добыче, вскрыше и отвальному хозяйству); электрификация ж.-д. транспорта (выбор типа и расчет потребного количества электровозов, мощность и местоположение тяговых подстанций, расход энергии, контактная сеть); электрооборудование вспомогательных цехов, электроснабжение карьера (выбор схемы, напряжения распределительной сети, местоположения ы мощности подстапций); расчет ЛЭП, освещение карьера, техпико-экономические показатели по энергоснабжению.

Графическая часть — схема впешнего энергоснабжения, принципиальная схема энергоснабжения, план питательной и контактной сети, схемы подстапций.

¹ В случае его необходимости па карьере.

И

2.    Автоматизации н контроль производства: диспетчерская служба, принципы управления, автоматизации н контроля процессов на карьере.

Графическая часть — структура диспетчерской службы, схемы автоматизации и контроля.

3.    Слаботочное хозяйство: телефонная связь, радиосвязь, СЦБ на ж.-д. транспорте, пожарная сигпализацпя.

Графическая часть — скелетная схема связи, схема СЦБ.

V.    Строительная часть

1.    Промышленные здания и сооружения: тип и конструктивные решения, объемы зданий и сооружений, индустриализация строительства.

Графическая часть — общие виды, плапы, разрезы основных зданий.

2.    Наружное водоснабжение и канализация: потребные объемы п схема водоснабженпя, схема канализации и очистки сточных вод, объемы работ.

Графические материалы — планы сетей, профили коллекторов, плапы размещения водозаборпых и очистных сооружений.

3.    Внутренняя сантехника: водопровод и канализация, горячее водоснабжение, отопление, вентиляция, объемы сантехнических работ.

4.    Теплоснабжение: расходы тепла, тепловые сети, котельпая, объемы работ по теплоснабжению.

VI.    Генеральный план и транспорт

1.    Генеральный план нромплощадкн: характеристика промилощадки как объекта для застройки, планировка промплощадки, размещение зданий, транспортные связи, благоустройство.

Графическая часть — генеральный план промплощадки.

2.    Внешний транспорт: характеристика транспортной сети района, выбор типа трапспорта, обоснование трассы подъездных путей (автодорог), ж.-д. станции примыкания, расчет нодвнжпого состава, объемы работ по сооружениям внешпего транспорта.

Графические приложения — ситуационный план района с напесепием существующих и проектируемых транспортных коммуникации, промышленных предприятий, штженерпых сетей; план и продольный профиль подъездных путей (автодорог); планы ж.-д. станций п пунктов примыкания.

3.    Транспорт на промплощадке карьера: выбор типа и расчет потребного количества трансиортного оборудования, тип и характеристика трапспортпых коммуникаций.

VII.    Организация строительства

1.    Сроки строительства карьера п основных его объектов; объемы, метод, последовательность и продолжительность выполнения подготовительных, общеплощадочных и основпых строительно-монтажных работ;

2.    Потребность строительства в осповных материально-технических ресурсах и рабочих кадрах.

3.    Решение ситуационного п строительного генерального планов; схемы и источники обеспечения строительства энергией, топливом, водой и т. д. Детальное рассмотрение вопросов организации и выбора схем механизации проведения выездных и разрезных траншей, дрепажных выработок, трапспорта и отвало-образования при строительстве карьера.

Эта часть проекта обычно состоит из двух разделов: калепдарный план строительства и объемы работ п методы производства работ.

Графические приложения — схемы проходки выездных и разрезных траншей (планы и разрезы), стройгенпланы, калепдарные плапы.

§ 5. Рабочие чертежи

Рабочие чертежи разрабатынатотся на основании утвержденного технического проекта. В них уточняются и детализируются проектные решения по отдельным объектам ы сооружениям в степени,

необходимой для производства строительно-монтажных работ индустриальными методами.

До разработки рабочих чертежей проектной организации должна быть подтверждена заказчиком возможность поставки оборудования, предусмотренного в утвержденном техническом проекте, и выданы исходные данные (характеристики, нривязочные размеры) по заказанному оборудованию.

Номенклатура объектов, подлежащих детальной разработка на стадии рабочего проектирования, аналогична номенклатуре технического проекта. В частности, на стадии рабочего проекта подлежат выдаче чертежи капитальных и разрезных траншей и отдельных их элементов и узлов, планов горных работ, подъездных путей и автодорог, ЛЭП, подстанций, сантехнических сетей, строительных сооружений, монтажные чертежи по оборудованию, генеральные планы карьера и промплощадок и т. д.

При этом подлежат детальному подсчету объемы работ по строительству и монтажу.

На крупных горных предприятиях проектные организации по решению министерства должны создать группы проектировщиков, задачей которых является доработка и уточнение рабочих чертежей, выполнение дополнительных чертежей непосредственно на объекте строительства и обеспечение строительства необходимыми разъяснениями проекта и консультациями.

Инженерные изыскания. Выполнению проектного задания и рабочих чертежей предшествуют инженерные изыскания по уточнению инженерной геологии, гидрогеологии и топографии района строительства траншей, промплощадки, отвалов, района намечаемых трасс подъездных путей, автодорог и т. п. Эти работы предусматриваются в плане выполнения проектов или выполняются при проектировании по мере необходимости на основании специальных распоряжений и заданий.

§ 6. Сметная документация к проекту

Общая стоимость строительства карьера определяется сводным сметно-финансовым расчетом на основании объемов работ и потребности в оборудовании, установленной в техническом проекте. Сводный сметно-финансовый расчет после его утверждения является основанием для финансирования строительства.

Сводный сметно-финансовый расчет составляется в соответствии со сметно-финансовыми расчетами на отдельные виды работ, зданий, сооружений и т. д. и содержит следующие части и главы:

Часть I

Глава 1. Подготовка территории строительства.

Глава 2. Объекты основного производственного назначения.

Глава 3. Объекты подсобного производственного и обслуживающего назначения.

Глава 4. Объекты транспортного хозяйства п связи.

Глава 5. Внешние сети и сооружения водоснабжения, канализации, теплофикации и газификации.

Глава 6. Благоустройство промышленной площадки.

Глава 7. Временные здания и сооружения.

Глава 8. Прочие работы и затраты.

Часть II

Глава 9. Содержание дирекции строящегося предприятия.

Глава 10. Подготовка эксплуатационных кадров.

Глава 11. Проектные и изыскательские работы.

В конце сводного сметно-финансового расчета отдельными строками предусматриваются суммы на непредвиденные работы и затраты в установленном размере п ассигнования на долевое участие в строительстве общерайопных объектов.

За итогом сводного сметно-финансового расчета указывается возвратная сумма, включающая:

а)    амортизируемую в течение строительства часть стоимости временных зданий и сооружений, используемых для выработки продукции или оказания услуг, в стоимости которых учтены затраты по амортизации (за вычетом затрат на капитальный ремонт этих зданий и сооружений за период строительства);

б)    ликвидную часть стоимости временных зданий и сооружений;

в)    стоимость материалов, полученных в процессе строительства от разборки конструкций сносимых п переносимых здапий, а также материалов (уголь, камень, гравий, лес и др.), получаемых в порядке попутной добычи.

Затраты по главам сводного сметно-финансового расчета даются с разбивкой по следующим направлениям:

строительные работы;

монтажные работы;

оборудование, приспособления и производственный инвентарь;

прочие затраты.

В состав сметной документации к проектному заданию входят также сметные материалы, обосновывающие затраты по сводному сметно-финансовому расчету:

а)    сметно-финансовые расчеты, определяющие сметную стоимость отдельных видов строительных работ;

б)    сметно-финансовые расчеты, определяющие сметные стоимости горных дренажных подземных выработок;

в)    сметно-финансовые расчеты, определяющие стоимость приобретения и монтажа оборудования;

г)    единичные расцепки на отдельные виды работ, разрабатываемые для составления смет к рабочим чертежам и для производства расчетов заказчика со строительной организацией за выполненные работы;

д)    калькуляции стоимости материалов и изделий, составляемые для разработки единичных расценок на стадии рабочих чертежей;

е)    сметы п расчеты стоимости проектных, изыскательских и научно-исследовательских работ;

ж)    сметы на общешахтные расходы по горным работам дренажных подземных выработок (затраты по подъему, водоотливу, транспорту, вентиляции и т. д. при строительстве).

Стоимость проведения траншей определяется на основании единых расцепок, с учетом принятой схемы механизации и организации строительства; стоимость горных дренажных работ определяется по утвержденным прейскурантам или районным единичным расценкам; стоимость строительных работ — по прейскурантам и укрупненным сметным нормам; стоимость оборудования — по отпускным ценам заводов с учетом транспортных и заготовительноскладских расходов; стоимость монтажа оборудования — по укрупненным нормативам (в % от отпускной стоимости).

Сметы к рабочим чертежам составляются для уточнения стоимости строительства отдельпых зданий и сооружений и являются основой для планирования работ строительной организации и расчетов за выполнение работы.

При этом уточнение сметой стоимости отдельных объектов разрешается в пределах общей стоимости строительства предприятия, установленной сводным сметно-финансовым расчетом. Увеличение стоимости отдельпых объектов возможно лишь за счет использования сумм па непредвиденные затраты или за счет сокращения стоимости других объектов, достигнутого при рабочем проектировании.

§ 7. Порядок согласования, рассмотрения и утверждения проектно-сметной документации

В процессе выполнения технического проекта (к моменту его окончания) проектная организация должна провести и документально оформить согласование ряда принимаемых проектом решений с соответствующими заинтересованными ведомствами и организациями.

Согласования требуются по потребному размеру горного отвода и отчуждения территории под строительство промплощадки, отвалов, подъездных путей, автодорог, поселка и т. д.; по условиям и схеме примыкания к существующим сетям подъездных путей, автодорог, ЛЭП, линий связи, сантехнических сетей и сооружений; по условиям кооперирования с другими предприятиями, противопожарной безопасности и т. д.

Материалы согласования прикладываются к техническому проекту, направляемому на рассмотрение и утверждение.

Технический проект со сводным сметно-финансовым расчетом должен быть согласован с заказчиком и строительной организацией — генподрядчиком.

До утверждения проекты и сметы подвергаются государственной экспертизе:

при сметной стоимости 50 млн. руб. и выше — в Госстрое СССР; при сметной стоимости от 2,5 до 50 млн. руб. — в госстроях союзных республик, министерствах и ведомствах СССР.

По объектам, утверждаемым Советом Министров СССР, проекты па государственную экспертизу представляются после одобрения их соответствующим отраслевым государственным комитетом или Министерством СССР.

Проекты карьеров подвергаются специальной экспертизе по всем основным разделам (горная часть, транспорт, обогащение, организация строительства, сметно-финансовые расчеты и др.). В нужных случаях прибегают к экспертизе по вопросам осушения месторождения, инженерно-геологическому обеспечению горных работ, ремонтной и механической службам и др.

В зависимости от сметной стоимости объектов проекты их подлежат утверждению в следующих инстанциях:

а)    при сметной стоимости 50 млн. руб. и выше — в Совете Министров СССР независимо от ведомственной подчиненности объектов;

б)    по стройкам министерств и ведомств СССР сметной стоимостью от 1,5 до 50 млн. руб. — в соответствующих министерствах и ведомствах СССР;

в)    по стройкам союзных республик сметной стоимостью от 2,5 до 50 млн. руб. — в Советах Министров союзных республик;

г)    по стройкам союзных республик сметной стоимостью от 1,5 до 2,5 млн. руб. — в министерствах и ведомствах союзных республик.

Изменение основных показателей проектов допускается только в исключительных случаях и производится: по стройкам со сметной стоимостью от 2,5 до 50 млн. руб. — Советами Министров союзных республик (с согласия Госстроя и Госплана СССР), по стройкам со сметной стоимостью от 1,5 до 2,5 млн. руб. — министерствами и ведомствами союзных республик (с согласия Госстроя и Госплана союзной республики).

Проектным организациям предоставлено право авторского надзора и контроля при практическом осуществлении проекта в процессе строительства предприятия.

§ 8. Методы проектирования

Проектирование современных высокомеханизированных карьеров в условиях социалистической системы хозяйства основывается на научно-теоретических принципах, достижениях инженерно-технической мысли, опыте новаторов производства передовых предприятий и достижениях смежных отраслей народного хозяйства, поставляющих горным предприятиям совершенное и высокопроизводительное оборудование.

Интенсивное развитие открытых горных работ в Советском Союзе за последние четыре десятилетия способствовало быстрому накоплению и развитию научных и практических знаний в области открытых разработок, созданию научных основ проектирования по главным вопросам вскрытия, систем разработки, карьерного транспорта, отвальных работ и организации технологического процесса вскрышных и добычных работ.

Проектирование карьеров является сложным творческим процессом, поскольку выбор рациональных проектных решений связан с необходимостью одновременного комплексного учета большого числа факторов, влияние которых на исследуемый параметр или показатель зачастую имеет различный характер.

В процессе проектирования карьера в числе важнейших решений необходимо установить рациональные величины следующих технологических параметров:

размещение поля карьера в пределах месторождения, его размеры в плане и глубину;

режим горных работ карьера за период его существования;

режим работы и производственную мощность карьера по добыче и вскрыше;

высота и число одновременно отрабатываемых уступов, а также длина фронтов работ по добыче и вскрыше;

типы, рабочие размеры, производительность и количество основного технологического оборудования;

местоположение вскрывающих выработок и общую схему отработки поля карьера и т. д.

Ни один из этих вопросов в общем случае не может быть решен изолированно от других, поскольку в той или иной степени выбор решения по одному из них будет влиять на остальные.

Так, папример, режим работы карьера и тип и количество машин тесно связаны между собой; в то же время они определяют производственную мощность карьера, которая, в свою очередь, влияет на его копечную глубину, конечная глубина карьера зависит от высоты и числа уступов и рабочих площадок (разнос бортов) и т. д.

Трудность объективного выбора рациональных решений в процессе проектирования карьера усугубляется также и тем, что в общем случае у проектанта в качестве известных неизменных исходных параметров имеются только материалы геологического отчета, довольно приближенно отражающие горногеологические условия залегания рассматриваемого месторождения.

Процесс проектирования заключается в постепенном приближении к наиболее рациональным решениям путем серии последовательных прикидок и расчетов, постепенно суживающих либо диапазоны колебаний искомой величины, либо число возможных вариантов решений.

Проектирование конкретных карьеров в ряде случаев существенно облегчается наличием естественных ограничении (например, размеров поля — но горногеологическим условиям), возможностью однозначных решений (например, выбор места заложения вскрывающих выработок — но условиям рельефа местности и подвода транспортных коммуникаций), а также фиксацией дополнительных исходных данных в задании на проектирование (например, тип оборудования — по его наличию, производственная мощность карьера — по объему потребления и т. д.).

Большое разнообразие задач, встречающихся при проектировании карьеров, а также различие характера и степени зависимостей между отдельными параметрами, приводит к необходимости использования различных методов в расчетных обоснованиях проекта. Все они являются разновидностями метода технико-экономического анализа и отличаются друг от друга различием методических приемов при решении отдельных задач, встречающихся в практике проектирования.

В развитии методов расчетных обоснований при научных исследованиях и проектировании карьеров большие заслуги принадлежат

отечественным ученым: акад. Л. Д. Шевякову, а над. Н. В. Мельникову, проф. Е. Ф. Шешко, проф. П. И. Городецкому, проф. Б. П. Боголюбову, проф. А. С. Фиделеву и др.

Большой вклад в совершенствование методов проектирования внесли инженеры проектировщики и производственники. На основе большого опыта проектирования и производства горпых работ в разнообразнейших условиях они совершенствовали и уточняли расчетные методы, давали исходные материалы для научного разрешения горных задач и в ряде случаев ставили новые задачи перед горной наукой, машиностроением и производством.

В расчетных технико-экономических обоснованиях, используемых при решении задач, возникающих в процессе проектирования карьеров, могут быть выделены (с некоторой долей условности) следующие основные методы: статистический, аналитический, графоаналитический, графический и метод вариантов.

Статистический метод заключается в использовании отчетных (статистических) дапных или данных наблюдений для выбора наиболее вероятной величины искомого параметра. В качестве примера можно привести использование отчетных данных по стоимости 1 .ч³ вскрышных работ при различных системах разработки и но стоимости подземной добычи полезного ископаемого для предварительного установления величины граничного коэффициента вскрыши и конечной глубины открытых работ.

При достаточно большом количестве данных с помощью методов математической статистики в ряде случаев удается получить приближенную математическую зависимость между искомой величиной и факторами, на нее влияющими. Так, например, приближенное значение веса роторных экскаваторов в зависимости от производительности и высоты уступа может быть установлено по эмпирическим формулам, полученным в результате обработки данных по ранее изготовленным или спроектированным машинам.

Достоинством этого метода является достаточная достоверность исходных данных и конкретность получаемых результатов.

Вместе с тем этот метод довольно трудоемок, так как для получения достаточно достоверных результатов требуется кропотливая обработка весьма большого количества исходных данных, зачастую трудно сопоставимых, поскольку получены они с разных предприятий, горнотехнические условия которых могут отличаться довольно существенно, так же как и способ определения параметра.

Кроме того, эти данные отражают лишь показатели прошлых лет, т. е. уже пройденный этап развития техники и экономики, и в ряде случаев не могут (без большого приближения) дать возможность прогноза на будущее, что как раз и требуется при проектировании пового предприятия.

Аналитический метод заключается в установлении функциональных аналитических зависимостей между исследуемыми величинами и отыскании оптимальных значений искомого параметра с использованием методов математического анализа.

В качестве критерия оптимальности решения обычно принимается либо условие минимума эксплуатационных или приведенных затрат на 1 т добычи, либо условие максимума экономии от применения открытых работ, отыскания максимума прибыли, минимума затрат энергии, трудоемкости или металлоемкости и др.

Аналитический метод имеет довольно широкое применение в расчетах параметров открытых горных работ.

В качестве примеров можно привести аналитический метод проф. II. И. Городецкого для определения рациональной глубины карьера но условию максимальной экономии от применения открытых работ и комплексный метод определения величины руководящего подъема капитальных траншей, предложенный проф. Е. Ф. Шешко.

Достоинством аналитического метода является то, что решение дается в общем виде. Благодаря этому имеется возможность анализа общего характера зависимости и степени влияния отдельных факторов на величину исследуемого параметра и при наличии уже установленной аналитической зависимости — относительной быстроты решения. При этом общий характер установленной зависимости остается неизменным и при других исходных величинах, благодаря чему в расчетах можно оперировать и с ожидаемыми перспективными показателями.

Аналитический метод не универсален, так как далеко не во всех случаях имеют место и могут быть получены функциональные зависимости.

Специфические условия, имеющие место при решении собственно горных задач, выражаются прежде всего в сложном характере залегания и форм месторождений, геометрически неправильном распределении в залежах полезных компонентов, разнообразии свойств полезного ископаемого и вскрышных пород, слагающих массив карьерного поля или отдельные уступы, и технологически сложной взаимосвязи производственных процессов в карьере.

Вследствие этого при решении горных задач часто трудно или невозможно установить достаточно точные математические зависимости между условиями залегания и элементами системы, с одной стороны, и технико-экономическими результатами разработки — с другой. Следовательно, трудно или невозможно в конкретных условиях находить оптимальные решения. Возникает необходимость в полной или частичной идеализации условий, в уподоблении залежей и массивов пород правильным геометрическим фигурам, в упрощении связей между отдельными операциями и процессами работ. Это уменьшает возможность правильно и до конца раскрыть объективно существующие закономерности, снижает точность и ценность результатов расчетов и ведет к тому, что расчетные формулы часто имеют узкое и главным образом методическое значение.

Аналитические приемы дают вполне удовлетворительные результаты только при решении отдельных частных задач, когда количество взаимосвязанных факторов ограничено, а сами связи поддаются несложному и удобному математическому анализу. Сюда можно

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРОВ. Под общей редакцией В. В. Ржевского, М. Г. Новожилова, Б. II. Юматова и др. М., в Недра», 1971. Стр. 600.

В книге рассмотрены основные вопросы проектирования горных предприятий с учетом современных достижений науки и техники, опыта передовых карьеров, проектных и проектно-исследовательских институтов. Приведены методы геометрического анализа карьерных полей, установления режима горных работ, определения границ и производственной мощности карьеров. На основании анализа структур комплексной механизации и систем разработки даны обоснования для выбора рациональной технологии открытых горных работ. Рассмотрены вопросы проектирования всех основных технологических процессов, организация строительства карьеров, экономика, вопросы реконструкции карьеров и расчетные обоснования комбинированной разработки месторождений.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, а также для студентов вузов.

Таблиц ЮЗ, иллюстраций 233, библиография—31 наименование.

3-7-3

302—71

отнести вопросы определения производительности оборудования, транспортного обслуживания забоев и отвалов, отдельные задачи по определению границ карьера, схемы вскрытия, системы разработки и др.

Аналитическими приемами трудно получить в конкретных условиях удовлетворительные показатели по сложным вопросам вскрытия, подбора комплекса оборудования в связи с системой разработки, мощности проектируемого карьера, компоновки генерального плана и т. п. Тем пе менее полезность аналитических решений в такого рода задачах также несомненна, так как опи позволяют вскрыть характер объективно действующих закономерностей и облегчить практическое решение такого рода проектных задач.

Возможности и сфера применения аналитических методов в настоящее время значительно расширяются за счет использования вычислительной техники.

Аналитическое отыскание оптимальных решений страдает отсутствием наглядности, а иногда громоздкостью. В этих случаях используют графо-аналитический метод, сущность которого заключается в графическом отыскании экстремальных областей функций (например, метод проф. А. С. Фиделева по установлению рациональной глубины карьера).

При использовании аналитических и графо-аналитических приемов отыскания оптимальных решений имеют в виду, что в области экстремумов кривые функций имеют, как правило, довольно пологий характер, что дает возможность выбора значений искомой величины в довольно широких пределах без существенного изменения экономических показателей.

Графические методы находят широкое применение при геометрическом апализе условий разработки карьера, при решении вопросов выбора конечной глубины карьера, при анализе режима работ, вскрытия, порядка отработки поля, систем разработки с экскаватор-пой перевалкой вскрыши и т. д. Достоинством использования графических построений является наглядность и копкретность решений, основной недостаток — большая трудоемкость работ.

Метод вариантов является наиболее распространенным и практически универсальным в практике проектирования. Сущность его заключается в том, что по отдельным задачам (например, выбор схемы вскрытия, системы разработки, типа транспорта и т. д.) намечается и прорабатывается ряд наиболее вероятных вариантов решения, а выбор одного из них осуществляется на основании сопоставления технико-экономических показателей.

В качестве основных критериев для сравнительной оценки вариантов обычно принимаются: общие и удельные капитальные затраты (общие и первоочередные), эксплуатационные расходы, приведенные затраты, рентабельность, условия и сроки осуществления строительства и сроки окупаемости капитальных затрат.

Метод вариантов позволяет довольно полно и тщательно обосновать и выбрать стоимостные показатели, нормативы и единичные

В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 годи большое внимание уделяется повышению эффективности капитальных вложений и улучшению проектно-сметного дела:

«Повысить ответственность проектных организаций, министерств, ведомств, а также органов экспертизы за качество проектов и правильное определение сметной стоимости строительства».

«Обеспечить снижение сметной стоимости строительства не менее чем на 3—5 процентов за счет более рациональных проектных решений».

Совершенствование проектирования горных предприятий является важным мероприятием, позволяющим ускорить темпы научно-технического прогресса в нашей стране. Проектирование предприятий должно быть организовано на основе максимального учета новейших достижений пауки и техники, с тем чтобы строящиеся и реконструируемые предприятия ко времени их ввода в действие были технически передовыми и характеризовались высокими показателями по производительности труда, себестоимости производства и качеству продукции, а по условиям труда отвечали бы современным требованиям.

Проектирование горных предприятий осуществляется отраслевыми проектными и проектно-исследовательскими институтами, которые используют при этом имеющиеся нормативные и методические материмы, данные изыскательских и научно-исследовательских работ, а также большую научную, учебную и справочную литературу.

При создании данной монографии использованы достижения различных научных школ, проектных, исследовательских и учебных институтов, а также работы известных отечественных ученых. В создании монографии приняли участие видные ученые из Московского ордена Трудового Красного Знамени горного института , Днепропетровского ордена Трудового Красного Знамени горного института им. Артема, Свер дловсквго ордена Трудового Красного Знамени горного института им. В. В. Вахрушева, Магнитогорского горно-металлургического института им. Г. И. Носова, Московского ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочного института им. С. Орджоникидзе, Днепропетровского института геотехнической механики АН СССР, сектора физико-технических горных проблем института Физики Земли им. О. Ю. Шмидта, Института горного дела им. А. А. Скочинского, институтов УкрНИ И проект и Гипроруда.

Авторами отдельных разделов книги являются: главы I — В. В. Ржевский и В. П. Аксенов, главы II — С. И. Попов и \К). Н. Посохов\, главы III — В. В. Ржевский и С. Д. Коробов, главы IV, § 1—7 и 9 — В. В. Ржевский и

Г. Г. Ломоносов, §8 — Б. П. Юматов и В. Г. Шитарев, главы V — В. В. Ржевский и П. И. Томаков, главы VI, § 1—2 — В. В. Ржевский, §    3    —    В. П. Аксенов, §4 — М. Г. Ново

жилов и В. С. Эскин, § 5 — В. В. Ржевский и П. И. Томаков, § 6—7 В. Г. Селянин и Г. Д. Пчелкин, §8 — М. Г. Новожилов и В. С. Эскин, §9 — М. Г. Новожилов, Б. Н. Тартаковский и М. И. Барсуков, главы VII, § 1—10 — В. В. Ржевский и Г. Г. Ломоносов, §11 — В. В. Ржевский и А. С. Чирков, главы VIII, § 1—2, 5—8 и 10 —- Г. Г. Ломоносов, § 3—4 — М. Ф. Дру-кованный, Э. И. Ефремов и Г. Г. Ломоносов, §9 — М. Ф. Друкованный и Э. И. Ефремов, главы IX — К). И. Беляков и А. Э. Розенплен-тер, главы X, § 1 — М. Г. Потапов, § 2 — В. С. Хохряков, § 3—А. Э. Розенплентер, главы XI — И. И. Русский, главы XII — Б. Н. Тартаковский и М. И. Барсуков, главы XIII, § 1—4 — Н. Н. Рогатин, § 5—6 — С. А. Ильин и В. В. Манкевич, главы XIV — Л. М. Фей-гин, главы XV, § 1 — Б. П. Юматов и Ж. В. Бунин, § 2 — Б. П. Юматов.

Авторы приносят глубокую благодарность канд. техн. наук С. Я. Арсеньеву за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи книги.

Организация проектирования горных предприятий в СССР

§ 1. Общие сведения об организации проектирования карьеров

Горные предприятия в СССР строятся на основании утвержденных проектов и смет, содержание и объем которых регламентируются «Инструкцией по разработке проектов и смет для промышленного строительства» Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства (Госстрой СССР).

Проектирование горных предприятий осуществляется специализированными отраслевыми проектными институтами, обслуживающими, как правило, отдельные бассейны или их группы (например, институты Центрогипротиахт, УкрНИИпроект, Ленгипрошахт, Гипроруда, Гиироцветмет, Госгорхимпроект и др.).

Для осуществления единой технической политики в проектировании, а также для разработки нормативных и методических материалов, изучения и популяризации передового отечественного и зарубежного опыта проектирования, строительства и эксплуатации предприятий решениями руководящих органов назначаются головные проектные институты (например, Центрогипрошахт, Гипроруда, Госгорхимпроект и др.).

При проектировании крупных объектов проект часто выполняется рядом специализированных институтов, при этом ведущая технологическая проектная организация назначается в качестве генерального проектировщика. Она ответственна за качество и сроки выполнения проекта в целом. Проектно-изыскательские работы по конкретным объектам капитального строительства выполняются проектными институтами на основании договоров с заказчиками. Проектные институты подчиняются соответствующим отраслевым министерствам.

В отраслевых проектных институтах имеются специализированные отделы по соответствующим частям проекта, например: горный, электромеханический, генплана и транспорта, промышленных сооружений, сантехнический, экономических обоснований, организации строительства, сметный и др. В институтах имеется также ряд отделов обслуживающего и административно-хозяйственного назначения.

По каждому проектируемому предприятию ведущая проектная организация (генеральный проектировщик) назначает главного

инженера проекта, в обязанности которого входит обеспечение комплексной увязки отдельных частей проекта, соответствия их прогрессивным техническим направлениям, проведения необходимых согласований проекта, а также защита оконченного проекта в утверждающих инстанциях.

Проектная организация обязана осуществлять авторский надзор за строительством объектов с целью контроля качества водепня работ и их соответствия утвержденным проектным решениям.

§ 2. Исходные материалы для проектирования

Перед началом проектирования карьера заказчик должеп выдать проектной организации:

задание па проектирование;

геологический отчет по месторождению с протоколом утверждения отчета Государственной комиссией по запасам.

Задание на проектирование подготавливается заказчиком (обычно с участием проектной организации) на основании перспективного плана развития народного хозяйства и включает:

основание для проектирования (постановление Совета Министров, утвержденный в установленном порядке план проектно-изыскательских работ для строительства будущих лет, приказ министерства или ведомства, решение комбината и т. н.); указание о районе или пункте строительства; характеристику продукции и мощности производства; основные источники снабжения предприятий водой, топливом, энергией;

намечаемых потребителей продукции и их требования к ее качеству; график потребления продукции по годам;

данные о возможпой производственной и хозяйственной кооперации;

намечаемые сроки строительства и очередность ввода мощностей; данные о наличии горного и транспортного оборудования, которое может быть использовапо при строительстве и эксплуатации карьера;

ориентировочные размеры удельных и предполагаемых общих капитальных вложений, нлаповую себестоимость продукции и производительность труда;

подлежащие разработке и в необходимых случаях обязательные варианты проекта.

В объем исходных данных для выполнения проекта реконструкции действующего карьера должны включаться также материалы по характеристике, фактическому и намечаемому объему производства, наличному парку оборудования, фактическому положению горных работ, транспортных, энергетических, сантехнических коммуникаций и устройств, балансовой стоимости отдельных объектов и т. д.

Указанные материалы в большинстве случаев составляются с участием проектной организации на основании предварительного детального обследования предприятия.

Геологический отчет по месторождению составляется геологоразведочной организацией и должен содержать следующие основные материалы.

Характеристику географических п климатических условий района.

Краткую оценку промышленной освоенности райопа, транспортных коммуникаций, источников энергии п воды, местных строительных материалов, населенных пунктов, условий возможного расселения трудящихся при строительстве и эксплуатации предприятия и т. д. Эти дапные иллюстрируются ситуационными планами и детальпыми топографическими планами поверхности месторождения.

Данные о состоянии разведок по месторождению, их методах и степени детальности; в графических материалах дается карта размещения разведочных скважин.

Детальную характеристику генезиса п геологического строения месторождения; от полноты этих данных зависит правильность проектной оценки условий залегания и возможность выбора паиболее рациональных решений по схеме вскрытая п порядку разработки месторождения. Наиболее важны графические приложения, включающие геологическую карту района, гипсометрпчсские планы почвы и кровли пластов и отдельных крупных междупластий (при пластовых месторождениях), погоризонтпые планы (для месторождения неправильной формы), геологические разрезы по линиям разведочных скважин, карты изомощности пластов и пзомощпостей внешней и внутренней вскрыши, изолиний и коэффициентов вскрьппн н т. д.

Качественную характеристику полезного ископаемого и сопутствующих полезных и вредных компонентов но результатам проведепных анализов, промышленных или полупромышленных опробований; она представляется в виде текста и таблиц с результатами анализов и графических материалов в виде планов и разрезов с нанесением на них дапных по качествепной оценке полезного ископаемого (зольности, процентному содержанию полезного компонента в руде и т. д.) и характеру их пзменеппя в пределах залежи (в ряде случаев — в изолиниях).

Данные по инженерно-геологической и гидрогеологической оценке условий разработки, в частности:

а)    характеристику физико-механических свойств боковых пород п полезного ископаемого для решения вопросов о методах их выемки и условиях обеспечения устойчивости уступов, бортов карьера п отвалов;

б)    данные о наличии и водообильпости водоносных горизонтов, источниках п условиях обводпення, фильтрационных свойствах пород, возможных притоках воды в горные выработки п т. д.; эти материалы необходимы для выбора схемы защиты карьера от поверхностных п подземных вод, для решения вопросов осушопия карьера п расчета карьерного водоотлива.

В качестве графических приложений даются: карты пзомощностеп водоносных пород, гипсометрические плапы пх кровли п почвы, карты глдро- и пьезо-изогппс, геологические разрезы с указаппем отметок водоносных горизонтов, величин их папоров, карты результатов опытпых откачек п т. д.

В особо сложных случаях по инжеперно-геологпческой п гидрогеологической характеристике месторождения составляются специальные отчеты.

Под<$чет запасов иолезпого ископаемого с разбивкой по качеству п но степени разведанности (по категориям запасов); в графических приложениях нрсдставляются планы и разрезы для иллюстраций подсчета запасов по отдельным пластам и залежам.

При наличии попутных полезных ископаемых, имеющих промышленное значеппе, илп налпчпп вредных компонентов по ним представляются аналогичные материалы.

Геологический отчет по месторождению до передачи его проектной организации для использования подлежит специальной экспертизе

и утверждению Государственной (или территориальной) комиссией по запасам, что оформляется специальным протоколом, прикладываемым к утвержденному геологическому отчету.

§ 3. Стадии проектирования

Исходным положением при проектировании является стремление обеспечить наиболее рациональное и экономное использование общественного труда, материальных и денежных ресурсов, высокое качество и низкую себестоимость продукции, прибыльность предприятия, высокую производительность и наилучшие условия труда рабочпх, наименьшую стоимость и продолжительность строительства. Это обеспечивается внедрением в проекты прогрессивных технических решений с учетом новейших научных достижений, внедрением высокопроизводительных машип и механизмов, поточной технологии работ, передовых форм организации труда, а также типовых проектов здапий и сооружений и рациональной компоновки общей схемы генерального плана карьера.

Учитывая длительные сроки существования горных предприятий (20—50 п более лет), особое внимание уделяют вопросам обеспечения возможности совершенствования технологии горных работ в процессе эксплуатации карьера (ввод более производительных машин, изменение элементов системы разработки), роста производственной мощности карьера и расширения границ открытых разработок.

Проектированию отдельных горпых предприятий во вновь осваиваемых крупных промышленных районах обычно предшествуют специальные технико-экономические обоснования необходимости и эффективности развития этих районов, выполненные на базе перспективных планов развития отрасли промышленности в техникоэкономических докладах (ТЭДах) или комплексных проектах развития района ^г.

В задачу комплексного проекта входит общая горнотехническая и экономическая оценка месторождения и района строительства, разделение месторождения па карьерные и шахтные ноля, установление производственной мощности и очередности ввода отдельных горнодобывающих предприятий, решение принципиальных вопросов вскрытия п комплексной механизации горпых работ (в первую очередь для предприятий, намечаемых к вводу на ближайшую перспективу), установление производственных мощностей, мест расположения п очередности строительства потребляющих и перерабатывающих предприятий.

В комплексном проекте решаются также вопросы общерайонных схем постояппого и временного (на период строительства) энергоснабжения, транспорта, водоснабжения, расселения трудящихся, ¹

развития базы строительной индустрии; устанавливаются ориентировочные объемы горных, строительных и монтажных работ, потребные для освоепия райопа материальные, трудовые и энергетические ресурсы.

На основании указанных ироработок определяются ориентировочные размеры и очередность капиталовложений, устанавливаются основные технико-экономические показатели и дается заключение о народнохозяйственной эффективности развития данного района.

Утвержденный комплексный проект служит исходным материалом для последующего проектирования отдельных предприятий. Проекты отдельных предприятий выполняются в две стадии — технический проект и рабочие чертежи или в одну стадию, когда составляется технорабочий проект.

§ 4. Содержание технического проекта

В задачи технического проекта карьера входит: установление технической возможности и экономической целесообразности его строительства; уточнение производственной мощности, выбор п обоснование основных технологических и конструктивных решений; решение вопросов обеспечения предприятия энергией, водой, топливом; определение места, условий, методов и сроков осуществления строительства карьера, вспомогательных сооружений и перерабатывающих предприятий, стоимости строительства и основных технико-экономических показателей проектируемого карьера* а также методов обогащения продукции и ее транспортирования к потребителю.

Конкретное содержание и объем материалов по проектам карьеров отдельных отраслей промышленности обычно регламентируются ведомственными инструкциями или эталонами, составляемыми на основе общей «Инструкции но разработке проектов и смет для промышленного строительства» Госстроя СССР с учетом специфики этих отраслей.

Технический проект карьера состоит из следующих частей¹: технико-экономическая, геологическая, технологическая, энергетическая, строительная, генеральный план и транспорт, организация строительства, сметная документация.

В объем отдельных частей проекта входят следующие материалы.

I. Технико-экономическая часть

1.    Обоснование необходимости строительства карьера в увязке с народнохозяйственным плапом и утвержденным комплексным проектом.

2.    Обоснование выбора места строительства.

3.    Краткая техническая характеристика принятых основных решений, новые проектные решения, применение типовых проектов; научно-исследовательские работы, необходимые для даппого строительства. ²

1

В соответствии с инструкцией Госстроя СССР технико-экономические обоснования составляются и для отдельных строящихся или реконструируемых предприятий.

2

Применительно к карьерам угольной промышленности.