Использование альтернативных вариантов



Предыдущая | Следующая

 

Использование альтернативных вариантов в обосновании режима работ по выполнению технического этапа рекультивации земель В статье представлено применение альтернативных вариантов при формировании: порядка отработки полигона снятия плодородного слоя почвы, проведения работ на техническом этапе рекультивации земель сельскохозяйственного назначения. На основе результатов формирования вариантов порядка отработки полигонов снятия почвенного слоя и их сравнения производится выбор оптимального варианта, обеспечивающего минимальные затраты на работы как по рекультивации, так и последующее возделывание земель предприятиями агропромышленного комплекса.
Ключевые слова: рекультивация земель, плодородный слой почвы, альтернативное расположение буртов ПСП на полигоне снятия.
Контактная информация — Главной целью технического этапа рекультивации земель является создание плоских поверхностей восстанавливаемых земельных угодий. В открытых горных работах имеется такое общепринятое понятие, как «режим горных работ».
Последний оговаривает задание направления развития горных работ, годовые объемы вскрышных и добычных работ, а также порядок и последовательность их выполнения1.
При проведении работ по горнотехнической рекультивации земель угольный разрез использует следующие показатели из проектной документации: средняя в границах разрабатываемого месторождения мощность снятия плодородного слоя почвы (ПСП); уровень потерь ПСП, принимаемый в диапазоне 5-10 %; годовые объемы снятия ПСП; площади и структура по категориям нарушаемых земель, а также направления рекультивации и годовые площади сдаваемых по этим направлениям земель.
Ориентируясь на такие показатели, менеджмент угольных разрезов в процессе проведения технического этапа рекультивации сталкивается с рядом серьезных проблем, таких, как: отсутствие эффективных схем снятия ПСП; отсутствие методических руководств по порядку отработки залежи ПСП; частичное или чаще всего полное непонимание последствий некорректно подобранных технологий проведения технического этапа рекультивации и др. Все это приводит к чрезмерному засорению ПСП подстилающими вскрышными породами при выполнении процессов снятия ПСП и его погрузки из буртов. Сверхнормативное засорение ПСП, вызванное применяющимися технологиями, в свою очередь влечет за собой возникновение его потерь.
В результате этого часть ПСП попадает в отвалы. Исследованиями установлено, что объемы теряемого ПСП равны объемам засоряющих пород, примешиваемых к ПСП в ходе проведения работ по рекультивации.
Вследствие этого, на наш взгляд, в практику проектирования работ по рекультивации целесообразно ввести новый термин, оговаривающий решение комплекса проблем, существующих на протяжении всей истории рекультивации земель и устанавливающий режим проведения работ на техническом этапе рекультивации.
Режим работ по проведению технического этапа рекультивации считается установленным, если известны:
— контуры снятия ПСП, его структурное и пространственное расположение в этих контурах; объем запасов ПСП;
— потери и засорение ПСП, возникающие в ходе проведения работ и источники их возникновения;
— уровни корректирующих воздействий по уменьшению последних, а также направление использования ПСП.
Приняв за основу в проектировании предлагаемый термин, можно успешно решать проблемы, перечисленные выше.
Контуры снятия ПСП устанавливаются с целью проведения горно-геометрического анализа залежи ПСП. Структурное и пространственное расположение ПСП устанавливается на основе информации, получаемой при выполнении горно-геометрического анализа.
Информация о геометрических параметрах залежи ПСП является основой для определения потерь и засорения ПСП, возникающих в ходе проведения работ по рекультивации. Направление использования ПСП укажет на темпы отставания восстановления земель от темпов их изъятия из оборота, а также укажет на наличие альтернативных моделей землепользования.
В этой связи необходимо и целесообразно рассматривать генезис факторов, влияющих на качество сдаваемых земель.
Важнейшим фактором является вариация мощности ПСП в контурах полигона его снятия. Появление этого фактора объясняется тем обстоятельством, что согласно проекту, снятию подлежит ПСП, заключенный между двумя плоскостями — земной поверхностью и условной плоскостью, идеально ровной, точно копирующей рельеф земной поверхности на глубине 0,35 м. Эта плоскость формируется при перемещении нижней кромки отвала бульдозера на территории полигона снятия ПСП (рис. 1).
Изучаемый показатель представляет интерес в нашей задаче, когда важно знать, какова амплитуда и период колебаний значений мощности ПСП в контурах полигона снятия. Оптимальным режимом работ по техническому этапу считается режим, обеспечивающий минимальное засорение, и соответственно минимальные потери ПСП, а также лучшие технико-экономические показатели из альтернативных вариантов проведения работ на техническом этапе.
Рассмотрим снятие и удаление ПСП с полигона. Во всех случаях сначала должен быть сформирован бурт ПСП. Его размеры принимаются исходя из физико-механических свойств ПСП — ширина по основанию — 12-14 м; высота — 4,5-5 м;
длина бурта лимитируется протяженностью фронта горных работ. При ширине полигона снятия 45-50 м бурт может быть расположен в любом месте.
Два варианта расположения бурта являются крайними, все остальные — альтернативные варианты расположения бурта.
На территории полигона снятия может быть множество вариПлощадь полигона снятия ПСП находится, как правило, в пря- антов их расположения. Окончательным местом расположения мой зависимости от площади расширяемого горного отвода бурта ПСП на полигоне снятия может быть один из альтернативугольного разреза и может значительно варьировать. ных вариантов, удовлетворяющий следующему условию — миОтклонение мощности ПСП от проектного показателя в боль- нимальные затраты на бульдозерные работы и минимальные шую или меньшую сторону и приведет к подрезке нижележащих затраты на погрузку ПСП экскаватором типа ЭКГ-5, ЭКГ-6,3ус.
вскрышных пород, засоряющих ПСП. Раскройку поверхности полигона снятия сделаем исходя из Используя, информационную базу о залежи ПСП, полу- ширины бурта и ширины полигона. При ширине полигона (?ФГР) ченную в результате горно-геометрического анализа, пред- 50 м принципиально возможными считаются четыре варианта ставим все значения мощности ПСП в подсчетных блоках в размещения бурта (рис. 4).
виде вариационного ряда. Принимая во внимание результат Каждый вариант расположения бурта будет характеризоватьснятия, дадим предварительную оценку рассеяния значения ся объемом верхней части, уложенной бульдозером, и объемом мощности ПСП по данным вариационного ряда с помощью нижней части, которая остается в целике. Нижняя, нетронутая размаха вариации: часть бурта ПСП одновременно с верхней насыпной частью будет отгружаться экскаватором в транспортные средства.
Чтобы сформировать бурт, необходимо ПСП, находящийся на где: mMAX и mMIN — наибольшее и наименьшее значения варьиру- трех соседних участках, каждый шириной 12,5 м уложить бульющего признака — мощности ПСП в контурах полигона снятия.
Сущность вариации мощности залежи ПСП формализована остающегося в целике, в контурах каждой полосы отличается от объемов ПСП в контурах любой другой соседней полосы. Имея результаты горно-геометрического анализа, мы получим четыре объема ПСП Q1 ?Q2 ?Q3 ?Q4, подлежащие снятию бульдозером.
Необходимым этапом решения задачи выбора и оптимизации порядка отработки полигона снятия является формирование исходного множества альтернатив — ИМА (?) возможных вариантов порядка отработки полигона. За основу для со ставления ИМА принимаются следующие горно-технологические показатели:
— глубина снятия ПСП выемочным механизмом с учетом или без учета вариации ПСП по глубине его распространения (табл. 1);
— объемы снятия, засорения и потерь ПСП по различным вариантам отработки полигона снятия (ТС-1, ТС-2, ТС-3, ТС-4);
— объемы по отгрузке ПСП из буртов карьерными экскаваторами.
Формирование вариантов отработки полигона включает составление таблиц, заполняемых в матричной форме. Задачи обоснования порядка отработки полигона снятия ПСП относятся к классу оптимизационных и носят явно выраженный динамический характер. При различном порядке снятия ПСП, расположении буртов на территории полигона снятия становится вполне очевидным, что в зависимости от пространственного расположения объемов ПСП, по этапам отработки залежи в границах месторождения, будут изменяться объемы потерь, уровни изменения качественных показателей снимаемого ПСП. В любом случае, при разработке залежи ПСП должны быть обеспечены: полнота выемки ПСП, минимальные его засорение и потери.
Засорение ПСП всегда приводят к из- шины О в завершающую граф вершину менению агрохимических показателей К (рис. 5).
рекультивированных земель и к допол- На графе, на первом уровне, на котором нительным финансовым вложениям со возможно проведение корректировок в стороны предприятий АПК на доведение плане поиска оптимального варианта, плодородия возделываемых земель до расположим в ряд вершины, несущие в уровня естественно-антропогенного. себе информацию о порядке снятия ПСП На основании вышесказанного, будем выемочным механизмом на полигоне.
поэтапно оптимизировать экономичес- Объемы работ по снятию ПСП обозначим кие показатели, рассчитывая их на каж- Q11 — Q14. Эти работы могут выполняться дом из уровней. Для этого составим аль- альтернативно, в результате различного тернативный граф для выбора варианта порядка отработки ПСП по схемам ТСотработки полигона снятия ПСП. Задача 1—4. На линии расположения вершин оптимизации состоит в отыскании са- второго уровня добавим промежуточмого короткого пути, соответствующего ные вершины, показанные на рисунке наименьшим затратам, из исходной вер- пунктирными линиями. Это могут быть промежуточные варианты размещения бурта на территории полигона снятия ПСП со смещением в той или иной степени от основных вариантов № 1-4 (см. рис. 4).
В вершины, расположенные на линии второго уровня, переход системы возможен, как минимум, по 16 вариантам направлений. Каждый из вариантов характеризуется порядком снятия ПСП (см.
табл. 1) и вариантом расположения бурта на территории полигона (см. рис. 4). Далее бурт ПСП будет отгружен карьерным экскаватором ЭКГ-5 (ЭКГ-6,3ус) в транспортные средства. Плоскость подошвы забоя при отгрузке ПСП экскаватором из бурта (рис. 6) довольно ровная и вопрос изменения качества удаляемого ПСП за счет подрезки нижележащих вскрышных пород решается горизонтом установки экскаватора.
Затраты по каждому уровню корректировок представим в табл. 2, где по строкам будем вносить варианты порядка отработки ПСП по глубине, варианты расположения буртов на полигоне снятия, а в графы — соответствующие затраты.
Рис. 5. Альтернативный граф для выбора За критерий экономической оценки вариантов формирования технологий примем суммарные затраты за период с начала производства работ по рекультивации, период биологической рекультивации, включающий выполнение комплекса мероприятий по повышению плодородия земель и десятилетний период земледельческих работ на рекультивированных землях.
В данном критерии использованы методологические основы теории систем и теории компромиссов. В соответствии с первой, проблемы, которые возникнут у предприятий АПК при возделывании рекультивированных земель с низкими агрохимическими показателями, должны рассматриваться как основа плохо проведенной рекультивации угольными разрезами.
Важнейшее требование теории заключается в обязательном анализе всех звеньев, составляющих цепочку, конечным звеном которой являются переданные в хозяйственный оборот рекультивированные земли.
Урегулирование взаимоотношений секторов экономики, использующих в своей деятельности продуктивные земли сельскохозяйственного назначения стало возможным благодаря использованию теории компромиссов. Именно на ее основе достигается эффект, устраивающий систему в целом. На ее основе выбираются решения, оказывающие позитивное воздействие на сокращение общих затрат в долгосрочном периоде.
1. Затраты (ЗТЭР) на технический этап рекультивации:
ЗТЭР = (ЗБ + ЗЭ1 + ЗТР1 + ЗЭ2 + ЗТР2 + ЗПЛ) • (1+ ЕНП) (ТJ — ТF), (2) где: ЗБ — затраты на снятие ПСП бульдозером, руб.; ЗЭ1 — затраты на экскавацию ПСП из бурта и погрузку в транспорт, руб.; ЗТР1 — затраты на транспортировку ПСП до промежуточного склада, руб.;
тивации. В качестве критерия оптимальности выбираем объем снимаемого ПСП с минимальным засорением при заданных ресурсах Rn. Тогда целевая функция связывает между собой составляющие Rn, имеющие экономический смысл, и принимает следующий вид — ЗРГЗ:
ЗРГЗ = ЗТЭР + ЗБЭР + ЗПОВ. ПЛ. Р + ЗПОВ. ПЛ. Э.(6)
Каждый вариант формирования технологии рекультивации, прошедший проверку и удовлетворяющий системе принятых ограничений, оценивается с применением функционального уравнения (6). Из исходного множества альтернатив — ? отбирается оптимальное подмножество ?ОП?? ?, здесь оптимальное подмножество включает в себя варианты значения общих затрат, по которым они не отличаются друг от друга на 10-15 %.
Итоговая графа в таблице — это не что иное, как экономическая интерпретация целевой функции. Ее минимальное значение укажет на оптимальный порядок отработки полигона снятия ПСП.
Таким образом, формирование вариантов порядка отработки полигона снятия, их оптимизация во времени в каждом случае базируется на основе показателей горно-геометрического анализа, проводимого в каждом конкретном случае. Исследования многофакторных моделей, в основе которых находятся горно-технологические, организационно-технические аспекты технического этапа рекультивации, должны проводиться на каждом этапе отработки полигонов. И на основе результатов этих исследований должны проводиться систематические корректировки технологий рекультивации с учетом как локальных особенностей по каждому отдельно взятому полигону, так и с учетом генеральных тенденций, проявляющихся в вариации показателей залежи ПСП на всей территории месторождения угля.
Результаты моделирования работ по выполнению технического этапа рекультивации и альтернативных последствий показали, что значения целевой функции при различном порядке отработки полигонов снятия ПСП суммарной площадью 700 га на территории горных отводов угольных разрезов «Бородинский» и «Переясловский» находятся в диапазоне 98-100 млн руб. за десятилетний период оценки в ценах 2009 г.