ГЛАВНАЯ

НАУКА

ССЫЛКИ

ГОСТЕВАЯ КНИГА

ФОРУМ

Токарев Григорий Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БЕЗВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ ИЗВЕСТНЯКОВ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.22

«Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула – 2005

Работа выполнена на кафедре геотехнологий и геотехники в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования  «Тульский государственный университет»

Научный руководитель

докт. техн. наук, доц.          Сафронов Виктор Петрович

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф.       Чаплыгин Николай Николаевич

канд. техн. наук, доц.          Прохоров Дмитрий Олегович

Ведущее предприятие – Тульское государственное научно-исследовательское геологическое предприятие (ТулНИГП)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. До настоящего времени природный потенциал разрабатываемых месторождений известняков, а также ценность полезного ископаемого являются заниженными. Это вызвано тем, что на месторождениях, разведанных на определенный вид продукции, часто лишь его получение не является самым эффективным производством. Получение дополнительной прибыли, за счет расширения ассортимента продукции (выпуска более дорогих видов), требует применения гибких технологий, позволяющих наиболее эффективно использовать запасы полезного ископаемого и получать качественную продукцию в востребованных рынком объемах. Для этого требуются технологии разработки месторождений, сохраняющие природные показатели качества полезного ископаемого, значения которых оказывают влияние на ассортимент конкурентоспособной продукции карьера. Наиболее актуально сохранение природных свойств известняков, используемых в качестве строительного и облицовочного камня. Распространенный способ рыхления известняков с применением взрыва приводит к снижению их прочностных и декоративных свойств.

Рациональное использование полезного ископаемого предполагает не только снижение количественных потерь, но и максимальное использование показателей качества, заложенных природой. В условиях рыночной экономики, когда горнодобывающее предприятие в основном само занимается поиском потребителей своей продукции, возникает необходимость гибко реагировать на спрос того или иного вида продукции карьера. Гибкое реагирование подразумевает расширение ассортимента. Расширение ассортимента продукции возможно за счет внедрения гибкой технологии горных работ. Как показывает практика разработки месторождений известняков, гибкие технологии не находят широкого применения ввиду кажущегося значительного усложнения технологии и отсутствия обоснования ее параметров на основе достоверных и простых в определении исходных данных. Поэтому исследования, направленные на обоснование параметров безвзрывной технологии открытой разработки известняков на основе  комплексной оценки месторождений для расширения ассортимента выпускаемой продукции, являются актуальными.

Целью работы является обоснование параметров безвзрывной технологии открытой разработки известняков на основе установленных и уточненных закономерностей влияния физико-механических свойств известнякового массива на режим работы добычного оборудования, обеспечивающих эффективность разработки месторождений.

Идея работы: на основе комплексной оценки месторождений известняков, учитывающей структурно-прочностные особенности и химический состав полезной залежи, за счет выбора технологических режимов работы добычного оборудования устанавливаются рациональные параметры безвзрывной технологии открытой разработки известняков, обеспечивающей гибкость горного производства за счет расширения ассортимента выпускаемой продукции.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись методы научного анализа и обобщения; аналитические исследования, основанные на теории вероятностей и теории резания; методы системного анализа. Также использовались натурные наблюдения структуры массива. При обработке результатов использовались методы математической статистики и корреляционного анализа.

Научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:

- обоснован метод оценки структурно-прочностных свойств известняков, основанный на достоверной геологической информации, который позволяет осуществлять выбор комплексов механизации добычных работ в карьере;

- установлены зависимости глубины рыхления известняков и расстояния между смежными проходами рыхлителя от прочности известняков и степени структурного ослабления породного слоя полезной толщи, позволяющие осуществлять выбор рациональных параметров механического рыхления;

- обоснованы параметры технологических схем безвзрывной разработки месторождений известняков, обеспечивающих эффективность использования полезного ископаемого.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом проанализированных и обобщенных схем основных технологических процессов на карьерах, составлением обобщенной технолого-экономической модели месторождений известняков Центральной части РФ, апробированными теориями, расчетными моделями, алгоритмами, компьютерными программами.

Научное значение работы заключается в разработке оценочных параметров месторождений известняков по структурно-прочностной характеристике массива и химическому составу пород, позволяющих обосновывать параметры технологии и комплексной механизации открытой разработки карбонатных пород и устанавливать ассортимент выпускаемой продукции.

 Практическое значение работы: на основе комплексной оценки месторождений разработана методика выбора оборудования добычного комплекса на известняковых карьерах и методика определения рациональных параметров механического рыхления.

Реализация результатов работы. Предложенные технологические схемы и их параметры на основе комплексной оценки полезной толщи месторождений реализованы на Форинском (Тульская обл.), Селивановском (Калужская обл.)  и  Полотняно-Заводском (Калужская обл.) карьерах. Предложенные решения в условиях Форинского месторождения известняков позволят по прогнозным данным повысить выход продукции с 64 % до 77 %, а результаты труда (выручку) увеличить на 40 %.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2002-2005 гг.); на II Международной научно-практической конференции «Геотехнологии: проблемы и перспективы» (г. Тула, 2001 г.); на Всероссийской конференции студентов и молодых ученых «Георесурсы и геотехнологии» (г. Тула, 2002г.); на четвертой международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород (Мельниковские чтения)» в Институте проблем комплексного освоения недр РАН (г. Москва, 2004 г.); на научном симпозиуме «Неделя горняка» в Московском государственном горном университете (г. Москва, 2005 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 151 страницу, включая 53 рисунка, 18 таблиц, список литературы из 100 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Общей теоретической базой работы послужили труды ученых России в области открытых горных работ, рационального использования природных ресурсов, современных технологий горного производства, оценки запасов месторождений полезных ископаемых: академиков АН СССР и РАН Н.В. Мельникова, Н.Н. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого;  профессоров Ю.И. Анистратова, А.И. Арсентьева, Ю.Д. Буянова, П.И. Томакова, В.С. Хохрякова. Заметный вклад в исследовании проблем, поставленных в данной работе, в разное время внесли Н.Н. Анощенко, А.С. Астахов, И.В. Баклашов, Г.П. Гилевич, С.С. Добронравов, А.П. Аверченков, А.Н. Зеленин, Л.Н. Завьялов, В.И. Папичев, Ю.И. Протасов, В.П. Сафронов, И.Б. Шлаин, А.С. Чирков, В.А. Захаров и др. Созданные ими теории, методы, методики позволяют обосновывать технологии производства открытых горных работ. Немалый вклад в оценку месторождений полезных ископаемых внесен учеными В.А. Умновым, С.Э. Минингом, В.А. Шестаковым и др. Однако комплексной оценке месторождений известняков, учитывающей особенности строения массива для обоснования технологий, ориентированных на выпуск востребованной рынком продукции расширенного ассортимента, не было уделено достаточного  внимания. Рыночные условия отношений в экономике настоятельно этого требуют.

Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, цель и идея работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач:

- обобщить горно-геологические и горнотехнические условия месторождений известняков с целью получения обобщенной модели массива;

- разработать методику комплексной оценки известняковых месторождений для выбора рациональной схемы раскройки карьерного поля, выбора комплексов горного оборудования  и обоснования гибкой технологии горного производства;

- обосновать технологические схемы безвзрывной селективной разработки полезной толщи известняков и варианты комплексов механизации добычных работ в карьере, обеспечивающих гибкость горного производства;

- установить зависимости глубины рыхления известняков, расстояния между смежными проходами рыхлителя и скорости механического рыхления от прочности известняков и степени структурного ослабления породного слоя полезной толщи, позволяющие осуществлять выбор рыхлителя;

- выбрать и обосновать рациональные параметры безвзрывной технологии селективной выемки известняков, обеспечивающей повышение эффективности горных работ в карьере за счет рационального использования полезного ископаемого для условий Форинского месторождения известняков и дать рекомендации по совершенствованию геотехнологии для месторождений известняков Центрального района России.

Горнодобывающее предприятие в целях повышения эффективности работы должно производить качественное сырье в соответствии с требованиями, предъявляемыми к нему соответствующими отраслями народного хозяйства на основе нормативных документов. Если горное предприятие способно управлять качеством и ассортиментом производимой им продукции без значительных дополнительных издержек, то оно конкурентоспособно. Исходя из того, что известняковый массив с горизонтальным или пологим залеганием пласта представляет собой залежь с изменяющимися в плане и по мощности свойствами, то, для определения возможного использования полезного ископаемого с целью получения различных видов продукции, нами предложено использовать понятие «характеристика полезного ископаемого» – К₁. Характеристика для трещиноватого массива включает в себя несколько показателей: физико-механические свойства (Ф) залегающего в недрах полезного ископаемого, химический состав (Х) и природная трещиноватость (Т).

В зависимости от характеристики К₁(Ф₁,Х₁,Т) залежь делится на участки пригодные для получения определенного вида продукции из природного камня. Участки представляют собой слои полезной залежи, выделенные по литологическим контактам напластований и оконтуренные в пределах каждого слоя по принципу преобладающих значений показателей, влияющих на ассортимент и качество выпускаемой продукции.

По этому принципу в диссертации выполнен анализ множеств горно-геологических ситуаций и благоприятных условий для освоения карбонатных месторождений Центральной части России. Из рассмотренных карбонатных месторождений синтезирована модель представительного  месторождения с обобщенными свойствами массивов карбонатных пород. Обобщены требования к различным видам продукции из карбонатных пород, которые, вместе с обобщенными свойствами карбонатных массивов, положены в основу разработки ассортимента продукции, позволяющего карьеру эффективно работать в сфере с рыночными отношениями.

Выявлено, что большинство имеющих промышленное зна­чение месторождений известняков имеют горизонтальное и пологое залегание. Известняки характеризуются как химически чистые. Мощность полезной толщи колеблется от 3 до 30 м. Эксплуатируемые месторождения имеют в среднем мощность вскрышных пород 12,5 м. Коэффициент вскрыши для эксплуатируемых месторождений имеет среднее значение 0,2–0,5 м³/м³ и не превышает 1 м³/м³. Залежь карбонатных месторождений характеризуется слоистой структурой породного массива и состоит в среднем из 16 слоев, характеризующихся стабильностью показателя трещиноватости.

Установление пространственного положения отдельного слоя пород в карбонатном массиве  достаточно сложная задача, так как слой может изменять свою мощность по площади месторождения вплоть до полного выклинивания. Однако, судя по исследованиям в этой области многих ученых-геологов, прогнозировать положение породного слоя в массиве возможно. Слоистая структура массива известняков позволяет прогнозировать свойства слоя залежи по площади его распространения в породном массиве.

Сведения о строении полезной залежи карбонатных пород и свойствах природного камня в любой точке слоя предложены в виде информационной модели месторождения. Модель содержит следующую информацию: физико-механические свойства пород слагающих слой и химический состав природного камня; среднее значение мощности слоя и коэффициента структурного ослабления. При построении модели используется подход от общего к частному. Оценка породного массива модели осуществляется поэтапно: выделение горизонта, разделение каждого горизонта на выемочные слои с последующим выделением и установлением размеров естественных отдельностей.

На базе обобщенной модели представительного месторождения известняков разработана методика описания свойств породного массива и разделения его по мощности и в плане на участки по видам товарной продукции. Для оценки средних значений показателей, определяющих ассортимент и влияющих на качество выпускаемой продукции, применен адаптированный для цели определения геологических признаков полигональный метод подсчета запасов.

На основе требований, предъявляемых к известнякам для различных видов производства, была разработана прикладная программа, позволяющая прогнозировать ассортимент продукции на основе физико-механических свойств, химического состава и трещиноватости известняков.

Для производства блочной продукции (стенового и облицовочного камня) наиболее важным фактором является процент выхода из массива блоков различных объемных групп, характеризуемых показателем блочности (объем естественной отдельности).

При наличии обнажений массива (в откосах добычных уступов) для оценки блочности известняков отдельных слоев с наибольшей точностью необходимо использовать натурные исследования обнажений.

Видимые в откосе расстояния между трещинами не являются объективными для определения блочности, т.к. борт карьера на исследуемых участках находится под углом к системе вертикальных трещин.

Рис. 1. Вероятностный расчет горизонтальных размеров отдельности

При рассмотрении сечения трещиноватого массива вертикальной плоскостью, проходящей под углом a к одной из систем вертикальных трещин были определены горизонтальные размеры попавших в сечение природных отдельностей a×a (длина на ширину) через видимое в сечении расстояние между трещинами – l_i.

Задача решена с использованием геометрических вероятностей (рис. 1).

Для первого случая, когда секущая плоскость проходит под углом к направлению основной системы трещин массива 0<a<p/4, вероятности пересечения природной отдельности на участках AB, BC, CD (P₁, P₂, P₃) и соответствующие им значения длины сечения l определяются по формулам:

Для второго случая, когда p/4<a<p/2:

Искомое значение длины отдельности

                (3)

где l_ср – среднее значение видимого расстояния между трещинами:

п – количество видимых в обнажении отдельностей.

Изменчивость любого параметра, характеризующего массив, может быть представлена статистическими показателями. Представление изменчивости химического состава, определяющего возможность использования полезного ископаемого для того или иного вида производства, осуществляется посредством графика функции плотности вероятностного распределения значений признака.

 Чаще всего причиной искажения графика плотности распределения является генетическая неоднородность изменчивости признака, проявляющаяся в пространственной локализации его свойств.

Выделение на топофункции однородных по изменчивости участков или зон приводит к образованию блоковой структуры месторождения, что позволяет производить из каждого выемочного блока наиболее эффективный вид продукции.

В основу выбора технологии и придания ей гибкости положена комплексная оценка месторождений, от достоверности которой зависит эффективность технологической схемы механизации открытых горных работ, выбор ее рациональных параметров. Комплексная оценка состоит в установлении таких показателей, характеризующих полезную толщу, которые влияют, во-первых, на ассортимент продукции, во-вторых, на технологию добычных работ.

На технологию добычных работ, осуществляемую безвзрывным способом, наибольшее влияние оказывают два показателя, характеризующие массив карбонатных пород: прочность породы и трещиноватость массива. Нами предложен метод оценки прочностных свойств и трещиноватости слоев известняка, основанный на влиянии структурного ослабления массива на прочность пород. Коэффициент структурного ослабления характеризует соотношение пределов прочности трещиноватых и монолитных пород.

Значение коэффициента структурного ослабления (показателя Кируна) определяется аналитически по методу Хансаги на основе геологоразведочных данных.

В последнее время резко возрос интерес к безвзрывным технологиям, максимально сохраняющим природные свойства полезного ископаемого. Безвзрывная технология ведения добычных работ позволяет повысить эффективность горного производства. В первую очередь оказались востребованными навесные тракторные рыхлители, экономичность применения которых в 2-3 раза выше применения взрывного способа подготовки пород к экскавации.

Выбор модели рыхлителя и технологических параметров его применения предлагается осуществлять с использованием модифицированной теории разрушения пород резцами, предложенной Ю.И. Протасовым с учетом структурной нарушенности массива.

Возможность рыхления массива рыхлителем определяется расчетом минимального тягового усилия, прилагаемого к зубу рыхлителя, необходимого для рыхления (10³ кН):

где s – прочность породы при растяжении, Па; a_с – коэффициент структурного ослабления; k – пластичность породы; B – ширина зуба рыхлителя, м; h – глубина рыхления, м; m – коэффициент Пуассона; b – коэффициент формы объема породы, отделяемой от массива.

Прочность разрыхляемого массива определяется произведением прочности породы на коэффициент структурного ослабления массива.

Исследования показывают, что рыхление массива известняков месторождений, приуроченных к окскому подъярусу и тарусскому ярусу, рационально осуществлять рыхлителями с тяговым усилием 500 кН.

Была построена зависимость глубины рыхления (внедрения зуба) от структурного ослабления массива для различных значений прочности известняков, определяемая из выражения (5) (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость глубины внедрения зуба рыхлителя от a_с для различных значений образцов s

На основе известного алгоритма вычисления производительности рыхления, предложенного проф. Чирковым А.С. и с учетом предлагаемой модели была получена зависимость производительности рыхлителя от коэффициента структурного ослабления a_с для различных значений прочности образцов (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость производительности рыхлителя от a_с для различных значений прочности образцов s (МПа)

График показывает, что производительность рыхлителя при коэффициенте структурного ослабления меньше 0,2, не зависит от прочности пород при рациональных параметрах механического рыхления.

Производительность рыхлителя зависит также от скорости рыхления, которая, в свою очередь, зависит от глубины рыхления. Поэтому для определения рациональной глубины рыхления, при которой производительность рыхлителя максимальна, была исследована функция производительности П(h_з) на максимум и получено символьное значение глубины рыхления в среде MathCAD.

Рациональная глубина рыхления определяется по формуле

где K1 – коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости пород на размеры образующихся при параллельных проходах неразрушенных гребней;  – суммарное время на переезд рыхлителя на следующую борозду, с; L – длина параллельного хода, м; bc – ширина меньшего основания трапецеидального сечения борозды, м; А (м/с) и D (с/кг) – коэффициенты пропорциональности для зависимости скорости рыхления от тягового усилия (v_ср=А+DF_z).

Экскавация разрыхленной породы колесными фронтальными погрузчиками является наиболее эффективной благодаря их высокой маневренности и конструктивным особенностям, позволяющим работать на маломощных слоях без предварительного создания буртов. Выбор модели погрузчика производится исходя из производительности рыхлителя по каждому из выемочных слоев месторождения.

Емкость ковша (м³) погрузчика определяется по формуле, учитывающей совместную работу рыхлителя и погрузчика:

где C_с.п – средневзвешенное по выемочным слоям расстояние между смежными параллельными проходами рыхлителя, м; h_э – средневзвешенная по слоям глубина эффективного рыхления, м; K_и – коэффициент использования рыхлителя  в течение смены; t_ц.п – продолжительность рабочего цикла погрузчика, с; K_э = K_н/K_р – коэффициент экскавации; v_ср – средняя рабочая скорость движения рыхлителя, м/с; t – суммарное время на переезд рыхлителя на следующую борозду, с; L – длина хода рыхлителя, м.

Техническую производительность гидромолота (м³/ч) при разрушении негабарита предлагается рассчитывать по формуле:

где V_ср – средний объем негабарита, м³; Т_ц.ср – продолжительность цикла дробления негабарита объемом V_ср, с; К_т.г – коэффициент влияния технологии работы гидромолота.

Высокая рыночная стоимость и растущий платежеспособный спрос на облицовочные и строительные блоки, наряду со значительно меньшими энергозатратами на их добычу делают производство этих видов продукции наиболее выгодным на месторождениях скальных горных пород. Системы трещин массива известняков изначально задают блочную структуру, что позволяет отделять блоки (естественные отдельности) без их разрушения.

На месторождениях известняков при ведении селективной добычи блоков наиболее эффективным комплексом оборудования ввиду его мобильности является комплекс, состоящий из погрузчика с вилочным рабочим органом и автомобильного крана.

Грузоподъемность погрузчика (кг) и крана рассчитывается исходя из максимальной массы блоков:

где K_з – коэффициент запаса; g_i – плотность известняков i-го слоя, кг/м³; m_i – расстояние между соседними постельными трещинами i-го слоя, м; a_i – горизонтальный размер отдельности, м, который определяется на основе натурных исследований и рассчитывается по формуле (3).

Для получения из запасов месторождения нескольких видов продукции в зависимости от характеристики известняка K₁ полезная залежь разделяется на участки по мощности и в плане. В пределах каждого из этих участков свойства известняков позволяют получать определенные виды продукции.

Доступ к таким участкам осуществляется с помощью системы разрезных траншей, проходящих по границе оконтуренных выемочных блоков, параллельно основным системам трещин.

Разрезные траншеи кроме своей основной задачи – обеспечения фронта работ на выемочных участках, выполняют еще две важные роли: во время их проведения осуществляется эксплуатационная разведка и оценивается возможность получения блочной продукции, а также осуществляется попутная добыча, позволяющая сделать рентабельным проведение разрезных траншей.

Для обоснования безвзрывной технологии разработки Форинского месторождения известняков в полезной толще было выделено 29 слоев, характеризующихся стабильным значением трещиноватости. Пять слоев будут использованы для производства блочной продукции.

Проведенный анализ химического состава полезной толщи Форинского месторождения, а также исследования рыночного спроса на продукцию из известняков показали, что основная часть запасов месторождения должна использоваться для добычи блоков, производства флюсов, производства химически осажденного мела. Наибольшее влияние на качество флюсовых известняков и известняков для  производства химически осажденного мела оказывает содержание в них CaO. Распределение содержания CaO в пробах показано на рис. 4.

Рис. 4. Распределение содержания CaO в известняках Форинского месторождения

График распределения может быть представлен как два распределения, подчиняющиеся нормальному закону.

Это позволяет на топофункциях распределения содержания CaO выделить участки с преобладающим значением содержания CaO.

Разбив толщу известняков на участки с преобладающими значениями CaO получены новые распределения с центрами 53,74 % и 54,72 %, которые при уровне значимости 0,05 удовлетворяют нормальному закону распределения по критерию Пирсона, который для первого распределения равен 0,48, для второго – 0,16. С целью получения качественного сырья для различных потребителей нами предлагается выпускать на Форинском карьере флюсовые известняки  и известняки для производства химически осажденного мела. Были получены следующие кондиции: известняки для производства химически осажденного мела – содержание CaO не менее 54,3 %; флюсовые известняки – содержание CaO не менее 52,0 %.

Анализ геологоразведочной информации по Форинскому месторождению позволил получить распределение прочности массива по слоям, при этом был использован коэффициент структурного ослабления Кируна a_с.

Распределение структурной нарушенности массива по слоям представлено на рис. 5.

Рис. 5. Диаграмма структурной нарушенности массива Форинского месторождения известняков

При получении блочной продукции на ее качество негативное влияние оказывают взрывные работы. Поэтому подготовка известняков к экскавации должна осуществляться механическим способом.

При определении комплекса добычного оборудования нами в первую очередь рассматривалась возможность рыхления массива с помощью навесных рыхлителей, как наиболее экономически эффективного вида оборудования.

Распределение минимально необходимого усилия, которое должен создать трактор на зубе, определяется по формуле (5). По выделенным слоям Форинского месторождения с учетом коэффициента структурного ослабления были рассчитаны необходимые усилия на зубе рыхлителя, диаграмма этих усилий представлена на рис. 6.

Рис. 6. Диаграмма минимальных тяговых усилий рыхлителя

Таким образом, для отработки известняков Форинского месторождения выбираются следующие комплексы оборудования: рыхлитель – погрузчик; гидромолот – погрузчик; погрузчик с вилочным рабочим органом – автокран.

Разработаны технологические схемы и варианты комплексов оборудования для условий Форинского (Тульская обл.), Селивановского (Калужская обл.) и  Полотняно-Заводского (Калужская обл.) месторождений известняков, обеспечивающие повышение эффективности открытых горных работ за счет гибкости горного производства, позволяющие, на примере Форинского карьера, по прогнозным данным повысить выход продукции с 64 % до 77 %, а результаты труда (выручку) увеличить на 40 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Представленная диссертационная работа является научным квалификационным трудом, в котором на базе выполненных теоретических обобщений, комплекса натурных и аналитических исследований содержится новое решение актуальной научной проблемы повышения эффективности разработки карбонатных месторождений и обоснования параметров безвзрывной технологии открытой разработки известняков, обеспечивающих гибкость горного производства, на основе комплексной оценки месторождений, установленных и уточненных закономерностей влияния физико-механических свойств известнякового массива на режим работы добычного оборудования и разработанных технологических схем и комплексов оборудования, что имеет существенное значение для проектирования, строительства и эксплуатации карьеров.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана методика комплексной оценки месторождений известняков, позволяющая устанавливать рациональную схему раскройки карьерного поля; обосновывать комплексы горного оборудования; выбирать рациональные параметры технологических схем открытых горных работ.

2. Предложен адаптированный способ выделения на топофункции распределения геологической переменной однородных по изменчивости участков, предназначенных для выпуска определенного вида продукции и позволяющий устанавливать значения геологической переменной для этих участков на основе вероятностного распределения ее значений. На примере Форинского месторождения  в качестве геологической переменной выбрано содержание CaO в пробах, полезная залежь разделена на участки: известняки для производства химически осажденного мела – содержание CaO не менее 54,3 %; флюсовые известняки – содержание CaO не менее 52,0 %.

3. Установлены зависимости глубины рыхления известняков и расстояния между смежными проходами рыхлителя от прочности известняков и степени структурного ослабления породного слоя полезной толщи, позволяющие осуществлять выбор механического рыхлителя и устанавливать рациональные параметры его работы в забое. Выявлено, в частности, что производительность рыхлителя при коэффициенте структурного ослабления меньше 0,2, не зависит от прочности пород при рациональных параметрах механического рыхления.

4. Разработан пакет прикладного программного обеспечения, позволяющий автоматизировать прогнозирование ассортимента товарной продукции карьера, а также осуществлять выбор модели рыхлителя и параметры механического рыхления.

5. Разработаны технологические схемы и варианты комплексов оборудования для условий Форинского (Тульская обл.), Селивановского (Калужская обл.) и  Полотняно-Заводского (Калужская обл.) месторождений известняков, обеспечивающие повышение эффективности открытых горных работ за счет гибкости горного производства, позволяющие, на примере Форинского карьера, по прогнозным данным повысить выход продукции с 64 % до 77 %, а результаты труда (выручку) увеличить на 40 %.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Прохоров А.Н., Токарев Г.А. К вопросу формирования технической политики горнодобывающих предприятий // Труды 2-й Международной научно-практической конференции «Геотехнологии: проблемы и перспективы». 25-28 сентября 2001 г./ Тул. гос. ун-т. – Тула, 2001. – С. 275-276.

2. Токарев Г.А., Сафронов В.П. Модульный метод автоматизации моделирования технологических процессов в горной промышленности // Труды 2-й Международной научно-практической конференции «Геотехнологии: проблемы и перспективы». 25-28 сентября 2001 г./ Тул. гос. ун-т. – Тула, 2001. – С. 67-68.

3. Токарев Г.А. Установление зависимости себестоимости добычи известняка от различных факторов // Материалы Всероссийской конференции студентов и молодых ученых «Георесурсы и геотехнологии». 18-20 декабря 2002г./ТулГУ. – Тула, 2002. – С. 71-73.

4. Токарев Г.А. Геоинформатика в проектировании карьеров // Сборник научных трудов по материалам четвертой всероссийской конференции «Геоинформационные технологии в решении региональных проблем» / Тул. гос. ун-т. – Тула, 2002. – С. 80-81.

5. Модульный подход в оценке вариантов системы «Карьер-ДСЗ» / Е.И. Захаров, В.П. Сафронов, Г.А. Токарев, В.В. Сафронов // Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства. 2-я Международная Конференция по проблемам рационального природопользования. Материалы конференции / ТулГУ. – Тула, 2002. – С. 195-199.

6. Токарев Г.А. Способ оценки месторождений строительных горных пород, разрабатываемых открытым способом // Сборник трудов четвертой  Международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» / ИПКОН РАН. – М., 2005. – С.274-276.

7. Сафронов В.П., Зайцев Ю.В., Токарев Г.А. Оценка блочности трещиноватого массива на основе визуальной информации / Тул. гос. ун-т. – Тула, 2005. – 7 с.: ил. – Библиогр. – Деп. в ВИНИТИ 16.11.2005, № 1491-В2005.

8. Сафронов В.П., Токарев Г.А. Методический прием выбора добычного оборудования работающего на известняковых карьерах без БВР / Тул. гос. ун-т. – Тула, 2005. – 10 с.: ил. – Библиогр. – Деп. в ВИНИТИ 16.11.2005, № 1489-В2005.