Описана история развития открытой разработки железорудных месторождений Украины. Рассмотрены геолого-промышленная характеристика и современное состояние горно-обогатительных комбинатов, раскрыты перспективы совершенствования основных производственных процессов на глубоких карьерах. Предложены методы управления графиком выемки пород вскрыши при поэтапной отработке карьерных полей почвоуступными забоями в крутонаклонных слоях с применением комбинированных видов транспорта. Обоснованы параметры элементов системы разрабатки глубоких горизонтов железорудных карьеров. Освещены вопросы охраны окружающей природной среды от воздействия открытых горных разработок, рассмотрены мероприятия по восстановлению продуктивности нарушенных земель.

На основании применения на железорудных карьерах новых типов взрывчатых веществ, повышения качества дробления пород взрывом показаны перспективы применения менее энергоемких технологий добычи и переработки руд.

Розглянуто питання планування режиму гірничих робіт і параметрів системи розробки в кар'єрі у разі зміни величини бортового вмісту заліза в руді. Встановлено основні взаємозв'язки геолого-технологічних показників видобутку та переробки руд на комбінатах Кривбасу. Визначено характер і ступінь впливу величини бортового вмісту на поточні обсяги видобутку, розкриву і переробки руд, наведено економічну оцінку цього впливу. Доведено, що режим гірничих робіт у кар'єрі залежить від величини бортового вмісту заліза в руді та впливає на її оптимальне значення. На підставі даних закономірностей досліджено режим гірничих робіт на окремих ділянках кар'єру та розроблено методику визначення оптимального співвідношення обсягів видобутку якісних різновидів руд. Зазначено, що навіть у разі збільшення бортового вмісту експлуатаційний коефіцієнт розкриву в певні періоди розробки родовища може зменшуватися. Запропоновано визначати основні параметри системи розробки з урахуванням наслідків зміни бортового вмісту, що дозволяє зіставляти варіанти режиму за якістю товарної продукції ще на стадії планування. Розроблено методику коригування меж діючих кар'єрів у разі зміни кондицій до якості корисної копалини з урахуванням впливу цього коригування на режим гірничих робіт. Концептуально викладено результати досліджень щодо визначення продуктивності групи кар'єрів у складі одного комбінату.

Розроблено принципи наукового керування дією вибуху та їх значення щодо оптимізації режимів і схем підривання. Установлено роль схем розташування та режимів підривання свердловинних зарядів стосовно асиметричності фронту напруг з переважанням зсувних і розтягувальних зусиль, а також ступеня корисного використання енергії вибуху. Показано доцільність застосування системи керування динаміки однорідного ізотропного пружного тіла як математичного опису елементів руйнованого масиву. Визначено, що структура лінійної деформації зумовлює у кореляційному значенні параметри подрібнення.

Розроблено методику визначення концентрації пилу (КП) на ділянках робочих зон кар'єрів (РЗК) за перевантаження гірничої маси (ПГМ) для підвищення точності розрахунку КП за допомогою математичного та імітаційного моделювання з використанням інформаційно-комп'ютерних технологій, що покращує вибір засобів і заходів протидії пилу. Висвітлено ідею використання закономірностей розсіювання пилу для створення моделей визначення зон його концентрації, шкідливих для здоров'я виробничого персоналу залізорудних кар'єрів за ПГМ. Розроблено систему моделювання розсіювання пилу на ділянках РЗК за ПГМ для прямоструменевої, рециркуляційної схеми провітрювання та наявності застояної зони у вигляді комплексу комп'ютерних програм, реалізованих в інтерактивному режимі спілкування з користувачем.

Проанализированы результаты лабораторных исследований, полупромышленных и промышленных испытаний использования сухой магнитной сепарации на горнорудных предприятиях Украины и стран СНГ. Обосновано формирование комплексов технологии предобогащения руды в карьере на основании горно-технологических условий и разработанной классификации приконтакных рудных и безрудных зон в екскаваторных забоях. Определено влияние разного типа приконтакных зон, параметров экскавационных машин, систем разработки на потери и обеднение полезных ископаемых. Установлено, что повышение качества руды и уменьшение потерь при обработке приконтактных зон и некондиционных руд достигается при применении технологии предобогащения руды в карьере в комплексе с циклично-поточной технологией. Обоснован выбор оборудования для использования в технологических комплексах предобогащения руды в карьере в зависимости от качества руды, ее кусковатости? и производительности комплекса. Исследование влияние технологии предобогащения руды в карьере на его производительную мощность, производительность вскрышного комплекса и обогатительной фабрики.

Проаналізовано процес зміни параметрів розкривної та видобувної робочих зон залізорудного кар'єру за поглиблення гірничих робіт. Вперше встановлено аналітичні залежності виробничої потужності кар'єру від зміни глибини параметрів робочої зони та зниження доступної площі рудного покладу внаслідок його консервації під перевантажувальними пунктами та тимчасовими внутрішніми відвалами розкривних порід. Удосконалено метод управління виробничою потужністю шляхом використання встановленої закономірності зміни швидкостей поглиблення гірничих робіт зі збільшенням глибини кар'єру в залежності від визначеної необхідної продуктивності гірничотранспортного комплексу з виїмки порід розкриття, для забезпечення попиту на сировину. Виявлено закономірності зміни швидкості поглиблення фронту гірничих робіт зі зростанням кар'єру, що дозволяє визначати необхідну продуктивність гірничотранспортного комплексу та необхідну виробничу потужність кар'єру.

Исследованы способы и средства борьбы с вредными выбросами, выделяющиеся при открытой разработке железорудных местороджений. Разработаны новые эффективные способы и средства борьбы с вредными выбросами при массовых взрывах, с поверхностей отвалов и шламохранилищ, а также карьерных автодорог. Получены результаты, которые позволяют обеспечить эффективную защиту воздуха рабочих зон карьеров и атмосферного воздуха от вредного воздействия технологических процессов.

Розглянуто теоретичні та практичні засади економічного оцінювання існуючих ризиків гірничовидобувних підприємств. Викладено методичний апарат управління ризиками в процесі розробки родовищ корисних копалин відкритим способом. Наведено приклади техніко-економічного оцінювання геомеханічних ризиків під час експлуатації відвалів залізорудних кар'єрів ГЗК. З'ясовано, що для такого оцінювання найбільш ефективним є комплексне використання методу абсолютної оптимізації економічних показників процесу формування відкритих гірничих виробок та ймовірнісного методу прогнозування економічних наслідків можливих геомеханічних ризиків.

Рассмотрены проблема определения оптимальных параметров открытых горных выработок и возможные пути ее решения. Изложен расчет устойчивости породных откосов с учетом их деформированного состояния. Дано описание маркшейдерско-геодезических систем для определения деформированного состояния открытых горных выработок. Приведены расчет и обоснование нормативов надежности устойчивого состояния открытых горных выработок, даны сведения о средствах автоматизации геомеханических расчетов при оценке степени их устойчивости. Внимание уделено расчету устойчивости и обоснованию параметров бортов карьеров и внешних отвалов железорудных карьеров Украины. Предложены рекомендации по безопасному ведению горных работ при увеличенных углах откоса бортов карьеров и внешних отвалов.

Рассмотрены современное состояние горнорудной промышленности Украины, экологические проблемы разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых, для решения которых предложено использовать технологию внутреннего отвалообразования. Данная технология позволяет не только снизить экологическое воздействие горных работ при разработке месторождений полезных ископаемых, но и улучшить экономические показатели разработки. Приведены теоретические основы технологии внутреннего отвалообразования в условиях глубоких карьеров, разрабатывающих крутопадающие месторождения, включая классификацию способов формирования внутренних отвалов, основные закономерности формирования рабочей зоны внутренних отвалов, оценку внутреннего отвалообразования по землеемкости. Описаны технологические схемы формирования первичного отвала, методика определения рациональных параметров внутреннего отвала. Предложены рекомендации по внедрению в практику технологии внутреннего отвалообразования на глубоких карьерах.

Приведена геологическая и инженерно-технологическая характеристика железорудных месторождений Кривбасса. Дана общая характеристика состояния отработки железных руд Криворожского бассейна и освещены проблемы техногенной безопасности региона. Проанализированы природные и сейсмогенерирующие факторы, разработана программа предупреждения природно-техногенных катастроф в регионе Кривбасса. Обобщен мировой опыт отработки рудных месторождений открытым способом в зоне влияния подземных горных работ и подземных работ в зоне влияния открытых горных работ. Проанализированы современные методы изучения инженерно-геологических процессов деформации горного массива. На основании проведенных исследований составлена карта фактического состояния пустот и опасных зон на восточном борту определенного карьера. Разработаны технологические схемы безопасного метода ведения горных работ в карьере в зоне влияния подземных горных работ. Приведены принципы создания геоинформационной системы непрерывного дистанционного мониторинга геомеханического состояния массива горных пород.

Приведены результаты исследований, алгоритмы и методики расчетов, используемые при определении рациональных параметров рабочей зоны глубоких карьеров на стадии их доработки. Проанализирован многолетний опыт работы карьеров горно-обогатительных комбинатов Кривбасса и Полтавского ГОК. Обоснованы методы управления производственной мощностью глубоких железорудных карьеров путем формирования параметров их рабочей зоны, производительности горнотранспортного комплекса.

Мета роботи - встановлення закономірностей впливу параметрів систем розробки на доцільність подальшого застосування відкритої гірничої технології на глибоких кар'єрах залізорудних родовищах. Розроблено методику обгрунтування раціональних технологічних схем і визначено основні параметри елементів систем розробки, зокрема, послідовність переміщення уступів і напрямку відпрацювання глибоких кар'єрів, оптимальні розміри ширини робочої площадки, довжину екскаваторного блоку та інтенсивність гірничих робіт у цілому. Одержані аналітичні розрахунки ширини робочої площадки, висоти уступу та довжини екскаваторного блоку забезпечать необхідну інтенсивність розвитку гірничих робіт на глибоких горизонтах у кар'єрі, що доцільно враховувати у ході визначення заданої продуктивності по корисній копалині за конкретних гірничотехнічних умов розробки залізорудного родовища. Встановлення залежностей мінімальних витрат на виймальні та навантажувально-транспортні роботи від оптимальної довжини екскаваторного блоку за різних значень можливої висоти вибою з урахуванням ширини заходки по низу надасть можливість забезпечити ефективність застосування відкритої гірничої технології на завершальному етапі відпрацювання покладів залізорудного родовища. Сукупність розглянутих підходів надає змогу визначати раціональний режим та оптимальні параметри гірничих робіт у кар'єрах, що має важливе значення для підвищення ефективності відкритої гірничої технології. З урахуванням встановлених закономірностей визначення основних параметрів робочої зони та застосування раціональних технологічних схем формування кар'єру на глибоких горизонтах, можна обгрунтовувати інтенсивність розвитку гірничих робіт під час подальшої розробки залізорудних родовищ.

Дослідженя спрямоване на наукове обгрунтовання резервів землезбереження та методичних рішень з їх використання для створення раціональних технологій відкритої розробки горизонтальних родовищ, які забезпечать зменшення площі природних відводжуваних і збільшення площі повертаних рекультивованих земель. Вперше обгрунтовано залежності площі земельного відводу та рекультивованих земель, а також зовнішнього відвалу гірничо-капітального розкриву від місця та способу розташування капітальної та розрізної траншей і напряму посування фронту гірничих робіт у кар'єрному полі. Залежності ураховують обсяг розкривних робіт для засипки залишкових виробок під час погашення кар’єру. На підставі вказаних залежностей визначено підхід щодо методичного обгрунтування рішень зі створення землезберігальних технологій розробки горизонтальних родовищ. В результаті такого підходу можна рекультивувати 40 - 70 % поверхні засипаного виробленого простору та збільшити площу рекультивації на 40 га.

Вирішено актуальне завдання, яке полягає в зниженні питомих витрат на всі технологічні процеси в кар'єрі за рахунок оптимізації вибухового подрібнення скельних порід. Установлено, що коефіцієнт рівномірності подрібнення в рівнянні Розіна - Раммлера є змінною величиною й коливається в межах 0,78 - 1,87. Одержано залежність вмісту негабариту від кількості негабаритних кусків, що припадає на 1000 м{\up\fs9 3} відвантаженої гірничої маси. Зазначено, що ця залежність дозволяє розраховувати гранулометричний склад підірваних порід. Розроблено єдину економіко-математичну модель оптимізації вибухового подрібнення гірських порід, що дозволяє підвищити ефективність технологічних процесів. Класифіковано гірські породи за трудністю їх вибухового подрібнення. Одержано формулу для розрахунку середнього розміру куска в розвалі порід.

Розроблено наукові основи формування технології відкритої розробки залізорудних родовищ, головним принципом якої є розгляд технологічних процесів як єдиної організаційно-технологічної системи шляхом виділення її основних складових, встановлення їх взаємозв'язків з кінцевими показниками діяльності підприємства. Управління формуванням технологічної складової базується на декомпозиції показника фондорентабельності як критерію оцінювання ефективності відкритої гірничої технології. Запропоновано удосконалення відкритої гірничої технології здійснювати шляхом встановлення впливу фізико-механічних властивостей та текстурно-структурних особливостей гірських порід, робочих параметрів гірничотранспортного устаткування та технологічних схем їх роботи в глибоких залізорудних кар'єрах на конкурентоспроможність товарної продукції гірничозбагачувальних підприємств. Розроблено економіко-математичну модель визначення оптимальної виробничої потужності з видобутку та переробки мінеральної сировини з урахуванням забезпечення стабільного вмісту корисного компонента та допустимого вмісту шкідливих домішок у вихідних рудопотоках кар'єру.

Обгрунтовано об'єктивну необхідність використання запропонованих критеріїв і розробленої економіко-математичної моделі з метою формування комплексів організаційно-технічних заходів з енергозбереження у процесі застосування відкритої розробки залізорудних родовищ з урахуванням забезпечення раціональної енергоємності технологічних процесів і надійності роботи гірничотранспортного обладнання в кар'єрах. Розроблено науково-методичний підхід щодо формування енергетичної складової відкритої гірничої технології в контексті проведення енергетичного оцінювання варіантів впровадження енергозберігальних заходів на підставі встановлення енергоємності технологічних процесів видобутку та переробки залізорудної сировини з урахуванням одержання інтегрального ефекту.

Досліджено взаємозв'язок параметрів систем розробки глибоких кар'єрів, що відповідають експлуатаційно-технічним характеристикам кар'єрних автосамоскидів вдосконаленої конструкції для забезпечення повноти виймання запасів руд. Встановлено, що для умов відпрацювання глибоких горизонтів кар'єра підвищення обсягів видобутку руд без збільшення розкриву можливе за рахунок збільшення кутів нахилу бортів кар'єру, що можливо за зменшення ширини та скорочення довжини автомобільних доріг. Зазначено, що перелічені величини нормуються з урахуванням техніки безпеки виконання робіт і, в першу чергу, технічними можливостями автомобільного транспорту, що застосовується, тому вирішення проблеми виконано шляхом вдосконалення автотранспорту - розроблено конструкцію механізму зміни міжосьової відстані і центру мас для кар'єрного автосамоскиду великої вантажопідйомності з електромеханічною трансмісією. Обгрунтовано раціональне співвідношення параметрів автомобільного транспорту, що застосовується, обладнаного механізмом зміни міжосьової відстані та положення центру мас, таких параметрів систем розробки як: ухили кар'єрних автодоріг, розміри майданчиків для розміщення петлі повороту траси, раціональна довжина транспортування та висота підйому гірничої маси, кути нахилу бортів кар'єру та скорочення обсягів розкривних робіт за оптимізації робочого простору кар'єру.

Дисертація присвячена узагальненню та розвитку теоретико-методичних підходів до економічного обгрунтування раціонального використання запасів рудної сировини родовища. Визначено еколого-економічні засади раціонального використання запасів рудної сировини гірничо-збагачувальними комбінатами. Розвинуто наукові уявлення про причинно-наслідковий зв'язок чинників та еколого-економічних результатів експлуатації залізорудного родовища. Удосконалено теоретико-методичний підхід до еколого-економічного оцінювання варіантів формування збагачуваних рудопотоків в кар’єрі. Розроблено науково-методичні засади управління втратами рудної сировини за поетапного відпрацювання родовища та підхід до економічного обгрунтування доцільності залучення в експлуатацію запасів рудної сировини. Удосконалено методичний підхід до планування припустимого рівня втрат рудної сировини в надрах за відкритого способу розробки родовища.