Геолого-технологическое обоснование комплексного использования известняков на карьерах Республики Дагестан тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.16, кандидат технических наук Мусаев, Нариман Магомедович

• Мусаев, Нариман Магомедович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мусаев, Нариман Магомедович

Введение.

Глава 1. Анализ горно-геологических условий месторождений строительного камня в регионе.

1.1. Состояние и перспективы развития базы стройматериалов Республики Дагестан.

1.2. Специфика разработки месторождений пильных известняков.

1.3. Геолого-промышленная характеристика объекта исследований.

1.3.1. Общие сведения.

1.3.2. Октябрьский участок.

1.3.3. Первомайский участок.

1.4. Вопросы горнопромышленной разработки объекта и задачи исследований.

Глава 2. Статистический анализ геолого-технологических показателей.

2.1. Исходные данные и описательные статистики.

2.2. Анализ гистограмм геологических параметров участков.

2.3. Анализ гистограмм физико-механических параметров.

2.4. Корреляционный анализ физико-механических параметров кондиционных известняков.

2.5. Кластеризация данных физико-механических испытаний.

Глава 3. Компьютерное моделирование участка месторождения.

3.1. Оценка сложности участка месторождения известняков.

3.2. Вариография пильных известняков участков месторождения.

3.3. Трехмерное моделирование Первомайского участка.

3.3.1. Исходные геологоразведочные данные.

3.3.2. Каркасное моделирование геологических тел участка.

3.3.3. Построение блочных ЗО-моделей толщи пильного камня.

3.3.3.1. Блочные модели участка доразведки.

3.3.3.2. Анализ карт физических параметров блочной модели участка.

Глава 4. Утилизация отходов добычи и водохозяйственная рекультивация карьеров.

4.1. Анализ направлений возможного использования отходов добычи. 116 4.1.1 Известняки для производства строительной извести.

4.1.2. Известняки для производства стеновых блоков.

4.1.3. Известняки для производства бутового камня.

4.1.4. Известняки для производства щебня.

4.1.5. Известняки для производства минеральной подкормки птиц.

4.1.6. Известняки для производства известковой муки.

4.2. Утилизация отходов камнепиления методом гиперпрессования.

4.2.1. Общие сведения об объемах камнепиления.

4.2.2. Технология утилизации отходов методом гиперпрессования.

4.3. Водохозяйственная рекультивация карьеров

Дербентского месторождения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геолого-технологическое обоснование комплексного использования известняков на карьерах Республики Дагестан»

Актуальность работы. Анализ состояния сырьевой базы для производства стенового пильного камня показывает, что перспективы ее развития в Республике Дагестан ограничены из-за незначительного распространения известняков необходимого качества. Прирост запасов возможен за счет доразведки смежных участков и более глубоких горизонтов разрабатываемых карьеров.

Рациональная разработка месторождений пильного камня неразрывно связана с совершенствованием добычных технологических процессов, утилизацией отходов пиления известняков (свыше 65% перерабатываемой горной массы), а также эффективным освоением отработанных карьерных полей на площадях массовой жилищной застройки.

Почти шестидесятилетняя' разработка Дербентского месторождения пильных известняков привела, к полной отработке одних участков, обусловила неоднократную переоценку и последующую эксплуатацию других. В настоящее время Дагестанским комбинатом строительных материалов (ДКСМ) эксплуатируются Октябрьский, Первомайский, Заводской и Приморский участки месторождения: Одноименные карьеры расположены в экономически освоенном районе Дагестана, практически в черте г. Дербента.

Запасы отходов, пиления, накопленные в карьерах Дербентского месторождения известняков, превышают 2 млн. м3 и ежемесячно пополняются на 3000 м3. Освоение такого количества вторичного сырья, во-первых, будет способствовать комплексной переработке известняков месторождения, во-вторых, существенно продлит работу ДКСМ на перспективу, что особенно важно в условиях интенсивной жилищной застройки, в-третьих, решит важную социальную задачу - создание новых рабочих мест в условиях непрерывного роста численности населения г. Дербента.

Пильные известняки - высококачественный стеновой материал, характеризующийся невысокой себестоимостью добычи, в связи, с чем рациональная разработка месторождений пильных известняков и утилизация отходов камнепиления являются важными и приоритетными* задачами современного производства.

Цель работы состоит в геолого-технологическом обосновании комплексного использования известняков и отходов камнепиления на карьерах Республики Дагестан.

Идея работы заключается в установлении закономерностей пространственно-качественной изменчивости главных геологотехнологических параметров в пределах карьерных полей на основе трехмерных моделей участков месторождений известняков Республики Дагестан.

Защищаемые научные положения:

1. Известняки отдельных участков Дербентского месторождения следует считать частью единого слоистого массива карбонатных пород на основании сравнительного статистического анализа геолого-технологических параметров.

2. Установлены зависимости между объемной массой, водопоглощением и пределом прочности известняков на сжатие в сухом состоянии, которые позволяют сократить количество полных испытаний физико-механических свойств.

3. Созданные трехмерные модели геолого-технологических параметров, главным из которых является предел прочности на сжатие в сухом состоянии, участка Дербентского месторождения позволяют оперативно рассчитать объемы, занимаемые блоками известняков разного качества в различных участках карьерного поля.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются: представительным объемом геологоразведочных и экспериментальных данных, характеризующих изменчивость слоистого массива известняков; применением статистических и геостатистических методов обработки геологоразведочных данных; удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных по геолого-технологическим параметрам пильных известняков; положительной апробацией- результатов геостатистического подсчета запасов известняков Первомайского участка месторождения.

Методы исследований. Для реализации идеи работы использованы следующие методы исследований:

- геолого-литологическое и структурное картирование известняков в контурах карьерных полей;

- построение карт в изолиниях геолого-технологических параметров на основе пакетов компьютерных программ MicroMine и Surfer;

- статистический анализ геолого-технологических параметров с помощью программ Statistica и Excel;

- трехмерное каркасное и блочное моделирование геологических и физико-механических параметров пильных известняков на* основе программного комплекса интегрированной системы MicroMine.

Научная новизна работы состоит в следующем: доказана принадлежность известняков отдельных участков Дербентского месторождения к единому слоистому массиву карбонатных пород;

- установлены корреляционные и регрессионные зависимости между объемной массой, водопоглощением и пределом прочности на сжатие пильных известняков.

- выявлена пространственно-качественная изменчивость геолого-технологических параметров слоистого массива известняков на основе трехмерного моделирования;

- установлена зависимость объемной массы известняков от глубины залегания.

Научное значение работы заключается в установлении пространственно-качественной структуры слоистого массива известняков и построении на ее основе трехмерных блочных моделей физических параметров известняков, которые являются основой рационального обоснования заложения панелей селективно разрабатывающих различные марки пильного камня на одном или нескольких уступах карьера.

Практическое значение работы состоит в разработке методики выделения технологически однородных зон на основе объемного компьютерного моделирования предела прочности на сжатие и его стандартных отклонений, обосновании подсчета запасов известняков геостатистическим методом, утилизации отходов камнепиления для производства строительного кирпича методом гиперпрессования и освоении отработанных карьеров путем водохозяйственной рекультивации.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Для доработки недопиленных уступов массива известняков низкоуступными машинами СМР-26, СМ-89М в настоящее время ДКСМ применяет высокоуступные камнерезные машины МКД-1, МКД-2у, что позволит извлечь дополнительно 944 тыс. м3 пильного камня только в контуре Первомайского карьера.

Разработанные рекомендации по утилизации внутрикарьерных отвалов скальной вскрыши и отходов пиления камня реализованы в организации ряда попутных производств комовой извести, щебня и, главным образом, в пуске технологической линии производства маломерного кирпича методом полусухого прессования с твердением в естественных условиях. При выходе технологической линии на проектную мощность 4 млн. штук кирпича в год будет утилизироваться ежегодно около 8000 м отходов камнепиления, что существенно продлит работу ДКСМ на перспективу, с учетом запасов накопленных отходов.

Предложения по водохозяйственной рекультивации Приморского карьера, разрабатывающего пильный камень на глубине 5,1 м ниже уровня Каспия и отстоящего менее 100 м от уреза воды, учтены в рабочем проекте «Дагморниипроект» по созданию гавани с причалами для яхт и катеров и спортивно-оздоровительного комплекса «Чайка» г. Дербента.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили одобрение на семинарах кафедры геологии МГГУ (2009-2010 гг.), в Министерстве природных ресурсов Республики Дагестан (2009 г.) и ежегодной научной конференции «Неделя горняка» (Москва, 2009-2010гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 22 таблицы, 62 рисунка и список литературы из 85 наименований.

Заключение диссертации по теме «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр», Мусаев, Нариман Магомедович

Основные выводы и рекомендации, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Анализ состояния сырьевой базы для производства стенового пильного камня показывает, что перспективы ее развития в Республике Дагестан и Дербентском районе ограничены ввиду незначительного распространения известняков необходимого качества. Возможности прироста запасов за счет разведки смежных участков и более глубоких горизонтов разрабатываемых участков по существу нереальны, так как. перевод земель смежных участков в промышленную категорию влечет огромные выплаты на возмещение потерь. Важный резерв комплексного использования известняков Дербентского месторождения -выпуск строительного кирпича, методом1 гиперпрессования из отходов камнепиления и камнеобработки.

2. Анализ описательных статистик, гистограмм, корреляционных матриц и дендрограмм показывает, что структуры и взаимосвязи параметров Октябрьского и Первомайского участков имеют значительные черты сходства, что позволяет сделать вывод о том, что участки являются частью .единого целого - Дербентского месторождения пильных известняков. Установленные корреляционные и регрессионные зависимости между геолого-технологическими параметрами известняков позволяют сократить количество полных испытаний физико-механических свойств, заменив их сокращенными, и применять к другим, имеющим самостоятельное промышленное значение, участкам месторождения.

3. Анализ модельных вариограмм по латерали показывает, что принятая плотность разведочных сетей детальной разведки Октябрьского и доразведки Первомайского участков соответствует структуре изменчивости параметров слоистого массива месторождения. По мощности слоистый массив характеризуется зональным типом анизотропии. Дырочный эффект на вариограммах параметров по скважинам имеет размеры дырок 1,5 - 3,3м. Обобщенная вариограмма параметра 8, описанная двумя модельными, функциями сферической и смешанной Паддингтона, имеет соответственно зону влияния 3,1м и цикличность 2,0м. Это свидетельствует о периодических колебаниях качества добываемых известняков по мощности и определяет размер пустого блока по мощности в 1,0м.

4. Каркасная модель участка месторождения позволяет определить объемы горных работ по каждому геолого-технологическому типу горных пород с учетом необходимого количества горно-добычного оборудования.

5. Блочные 3-0 модели параметров Б, \У, 8 кондиционных известняков участка доразведки, примыкающего к Первомайскому карьеру, являются основой рационального обоснования заложения панелей, разрабатывающих различные марки пильного камня на одном уступе, и перспективного планирования его разработки на различных уступах. Геостатистическим подсчетом запасов кондиционных известняков получена качественно новая информация о строении и характеристике запасов месторождения. Расхождение в количестве запасов по сравнению с методом геологических блоков +4,2%.

6. Использование отходов камнепиления для производства комовой извести, бутового камня, щебня, известняковой муки, малоразмерного кирпича методом гиперпрессования способствует наиболее полному освоению добываемых объемов известняков, увеличивает доходность комбината и создает дополнительные рабочие места, улучшая социальную обстановку в регионе.

7. Освоение нарушенных горными работами земель путем водохозяйственной рекультивации ряда карьеров определяется социально-экономическим развитием района, комплексным использованием известняков и необходимостью организации в черте г. Дербента объектов культурно-бытового и спортивно-оздоровительного направления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных исследований в диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи геолого-технологического обоснования комплексного использования известняков на карьерах Республики Дагестан, что вносит существенный вклад в теорию и практику горнопромышленной геологии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мусаев, Нариман Магомедович, 2010 год

1. Авдонин В.В., Ручкин Г.В., Шатагин H.H. и др. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. М.: Фонд «Мир», Академический проект, 2007, 540 с.

2. Аксенов Е.М., Васильев Н.Г., Лыгина Т.З., Садыков Р.К. Сырьевая база неметаллических полезных ископаемых России — состояние и перспективы развития // Разведка и охрана недр, 2008, № 9, с. 108-113.

3. Анощенко H.H., Карасев Ю.Г., Федотов Н.Е. Отраслевая инструкция по определению трещиноватости и блочности на разрабатываемых карьерах облицовочного камня М., МПС СССР, 1986, 56с.

4. Боженко Г.И. Отчет о доразведке эксплуатируемого Первомайского месторождения известняков в Дербентском районе Дагестанской АССР за 1985-1987гг. МПСМ РСФСР, Республиканский трест «Росгеонерудразведка», ЮКГЭ, Ростов на Дону, 1987, 77с.

5. Бойко Н.И. Седелецкий В.И., Талпа Б.В. Прогнозирование неметаллических полезных ископаемых на Северном Кавказе. Изд-во РГУ, 1986, 255с.

6. Борзунов В.М. Разведка и промышленная оценка месторождений неметаллических полезных ископаемых. М-.: Недра, 1982, 272с.

7. Букринский В.А. Геометрия недр. М.: Недра, 1985, 527с.

8. Вероятность и математическая статистика (энциклопедия). М., Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1999, 546-552с.

9. Винтер A.M. Отчет о доразведке Первомайского месторождения известняков-ракушечников в Дагестанской АССР ЮКГЭ, Ростов на Дону, 1974, 262с.

10. Виницкий К.Е. Оптимизация технологических процессов на открытых разработках. -М.: Недра, 1976,280с.

11. П.Волуев И.В., Сычев Ю.И., Ткач В.Р. Безотходная технология добычи и обработки блочного природного камня. -М.:. Недра,1994, 192с.Ы

12. Геологическая изученность СССР, том 13, Дагестанская АССР, выпуск 1, опубликованные работы, М., Недра, 1978, 312с.

13. Горлов В.Д. Рекультивация земель на карьерах -М.,«Недра», 1981, 261с.

14. ГОСТ 14050 84 «Мука известняковая».

15. ГОСТ 15884 85 «Блоки стеновые из природного камня».

16. ГОСТ 22132 -76 «Камень бутовый».

17. ГОСТ 8267 82 Щебень из естественного камня для строительных работ.

18. ГОСТ 8736 85 Песок для строительных работ. Технические условия.

19. ГОСТЮ268 70 «Бетон тяжелый. Технические требования к заполнителям».

20. Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд. JL: Недра, 1980,360 с.

21. Дж. Ту, Р.Гонсалес Принципы распознавание образов. М.,Мир,1980.

22. Дэвис Дж. Статистический анализ данных в геологии. М.: Недра,1990, кн. 1,2,749 с.

23. Дюран Б., Оделл П. Кластерный анализ. М., Статистика, 1977.

24. Ермолов В.А. Геология часть II «Разведка и геолого-промышленная оценка месторождений полезных,ископаемых». М.: МГГУ,2005, 394с.

25. Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд. М.: Недра, 1986, 262с.

26. Ершов В.В. Основы горнопромышленной геологии. Учебник для вузов, М.: Недра, 1988, 328с.

27. Ершов В.В., Дремуха A.C., Трость В.М. и др. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ. М.: Недра, 1990, 351с.

28. Закревский К.Е. Геологическое моделирование 3D. М.: ООО «ИПЦ «Маска», 2009, 375 с.

29. Каждан А.Б., Гуськов О.И. Математические методы в геологии. М.: Недра, 1990, 251с.

30. Капутин Ю.Е. Геостатистическое исследование месторождений полезных ископаемых Карел, филиал АН СССР, Петрозаводск, 1988,

31. Карасев Ю.Г., Анощенко H.H. Планирование объемов горных пород на карьерах природного камня на основе горно-геометрического анализа структуры массива М., МГИ, 1990, 264с.

32. Караулов Г.А., Караулов А.Г., Чернов Э.В. Пути повышения эффективности освоения Редутовского месторождения. Добыча, обработка и применение природного камня. - Магнитогорск, 2005, №5,

33. Керимов Г. К. Карта месторождений карбонатных пород Дагестана, среднемасштабная. Объяснительная записка. 1текст. прил., ДГФ; Институт Геологии Махачкалы, 1962, 27с.

34. Керимов Г.К. Генезис и геологические условия размещения карбонатных отложений Дагестана и перспективы их использования в народном хозяйстве ДГФ, ТГФ, СКГУ, Институт Геологии Махачкалы, 1963,

35. Керимов Г.К. Карбонатные породы Дагестана канд. дис., т. 1-3, М., библиотека им. В.И. Ленина, 1961, 264с., 396с. текстовых приложений.49с.с.10-20.505с.

36. Керимов Г.К. Основные типы- карбонатных пород верхнемелового возраста Дагестана и их физико-механические свойства. Известия вузов «Геология и разведка», 1966, №8, с. 76 - 84.

37. Классификация запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых,- МПР России, приказ №278 от 11.12.06, ГКЗ РФ,2007.

38. Коваленко B.C., Штейнцайг P.M., Голик Т.В. Рекультивация нарушенных земель на карьерах М., Издательство МГГУ, 2003, 63с.

39. Коган Р.И. Интервальные оценки в геологических исследованиях М.: Недра, 1986.

40. Коган Р.И., Белов Ю.П., Родионов Д.А. Статистические ранговые, критерии в геологии. — М., Недра, 1983, 321с.

41. Кометиани Г.К. Богатства недр Кавказа. «Советская геология», 1968, №>1,с.З- 13.

42. Косолапов А.И. Исследование и обоснование технологии разработки нагорных месторождений облицовочного мрамора: Дис. . д-ра техн. Наук. Красноярск, 1993, 284с.

43. Косолапов А.И. Технология добычи облицовочного камня. -Красноярск, Изд-во Красноярского университета, 1990.

44. Крамбейн У., Грейбилл Ф. Статистические модели в геологии. М.: Мир, 1969, 398с.

45. Маллаев Ш.А. Отчет о детальной разведке Таркитауского месторождения известняков (участок 1,4) за 1960 год (ВГФ; ДГФ; М., Росстромтрест; ТГФ СКГУ), 1961, 61., 181с. текст, приложений.

46. Маллаев Ш.А. Отчет о детальной разведке на Первомайском месторождении пильных известняков в 1961 году, (ВГФ; ДГФ, М:, Росстромтрест; ТГФ СКГУ), 1961, 57с., 105с. текст, приложений.

47. Мамрай В.В. Обоснование производственной мощности карьера по добыче блочного камня на основе геометрического анализа карьерного поля Добыча, обработка и применение природного камня: Сб. науч. тр. -Магнитогорск, МГТУ, вып.7, 2007, с.27 - 31.

48. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968, 408 с.

49. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. -М.: Недра, 1964, 316с.

50. Мосейкин В.В., Мусаев Н.М. Вопросы горнопромышленной геологии разработки Дербентского месторождения пильных известняков М., ГИАБ, МГГУ, №12,2009, с. 143-149.

51. Мусаев Н.М. Утилизация- отходов разработки Дербентского месторождения пильных известняков М., ГИАБ, МГГУ, №11, 2009, с.138-141.

52. Мусаев Н.М., Мосейкин- В.В., Пуневский С.А. Водохозяйственная рекультивация карьеров Дербентского месторождения известняков -Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ, 2010, №5, с. 37-42.

53. Неметаллические полезные ископаемые СССР Под редакцией В.П. Петрова - М.: Недра, 1984, 408с.

54. Нормы технологического проектирования предприятий промышленности по добыче и обработке облицовочных материалов из природного камня. JI., Союзгипронеруд, 1976.

55. Нормы технологического проектирования предприятий промышленности нерудных строительных материалов. Л., Стройиздат, Л.О., 1977.

56. Объяснительная записка к «Карте геолого-экономической оценки ресурсов каменных строительных материалов СССР», том II -Справочник месторождений строительного камня, Новосибирск, 1976, 412с.

57. Орлов A.M. Добыча и обработка природного камня. М.: Стройиздат, 1977.

58. ОСТ 21-27-76 «Породы карбонатные для производства строительной извести».

59. Пастихин Д.В., Беляков H.H., Аникин К.В. Основы проектирования карьеров с помощью пакета программ SURPAC VISION. М.:МГГУ,2005, 93с.

60. Попов В.Н., Бадамсурэн X., Буянов М.И., Руденко В.В. Квалиметрия недр. М.: Издательство Академии горных наук, 2000, 295с.

61. Попов В.Н., Руденко В.В., Бадамсурен X., Экгарт В.И. и др. Оценки недропользования. М.: Издательство Академии горных наук, 2001, 296 с.

62. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1978, 544с.

63. Родионов Д.А., Коган Р.И., Голубева В.А. и др. Справочник по математическим методам в геологии. М., Недра, 1987, 335с.

64. Руденко В.В. Информационные технологии управления качеством руд на основе геометризации месторождений: дис. док-pa техн. наук. -М.:МГГУ, 1996, 385с.

65. Сборник руководящих материалов по геолого-экономической оценке месторождений полезных ископаемых. М., ГКЗ СССР, том 2, 1986, 528с.

66. Свиточ A.A. Геоэкологическая обстановка в городах Каспийского побережья Дагестана Геоэкология, 1999, № 6, с. 541 - 554.

67. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ. М., Мир, 1980.

68. Смирнов А.Г. Добыча и обработка природного камня М.: Недра, 1990, 448с.

69. Справочник «Открытые горные работы» К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Винницкий, H.H. Мельников М., Горное бюро, 1994, 590с.

70. Справочник по математическим методам в геологии. М., Недра, 1987, 337с.

71. Супрун В.И. Белый камень М., Издательство «Горная книга», 2010, 153с.

72. Сычев Ю.И. Оборудование для распиловки камня. М.: Стройиздат, 1983.

73. Талпа Б.В. Безобжиговый кирпич из техногенного карбонатного сырья Юга России. Строительные материалы, 2003, с.50-51.

74. Трубецкой К.Н. и др. Комплексы мобильного оборудования на открытых горных работах М.: Недра, 1990, 255с.

75. Трубецкой К.Н., Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров М.: Изд-во Акад. горн, наук, 2001, т.1 519с.,т.2 535с.

76. ТУ 5741 - 021 - 00284753 - 99 «Кирпич строительный прессованный».

77. ТУ 21 РСФСР 839-82 «Ракушка и известняк для минеральной подкормки птиц».

78. Чирков A.C. Добыча и переработка строительных горных пород М., Издательство МГГУ, 2005, 623с.

79. Шатагин H.H., Мосейкин В.В., Мусаев Н.М., Пуневский С.А. Анализ вариограмм известняков Дербентского месторождения Маркшейдерия и недропользование, 2010, № 6, с.54-61.

80. Шатагин H.H., Мосейкин В.В., Мусаев Н.М., Пуневский С.А. 3-D моделирование массива известняков Дербентского месторождения -Маркшейдерия и недропользование, 2010, № 4, с.41-48.

81. Journel A.G., Huijbregts Ch.j. Mining geostatistics. L.: N. -Y.; S.F.: Academic press, 1979,600 p.h