gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2022-09-12gscience-473Research ArticleMINING MACHINERY, TRANSPORT, AND MECHANICAL ENGINEERINGГОРНЫЕ МАШИНЫ, ТРАНСПОРТ И МАШИНОСТРОЕНИЕBehaviour pattern of rock mass haulage energy intensity in deep pitsЗакономерности изменения энергоемкости транспортирования горной массы транспортом глубоких карьеровhttps://orcid.org/0000-0001-7643-3994ЖуравлевА. Г.ZhuravlevA. G.

Артем Геннадиевич Журавлев – кандидат технических наук, заведующий лабораторией транспортных систем карьеров и геотехники.

Екатеринбург, Scopus ID 57211343137

Artem G. Zhuravlev – Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Quarry Transport Systems and Geotechnics.

Yekaterinburg, Scopus ID 57211343137

juravlev@igduran.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4436-3594ГлебовИ. А.GlebovI. A.

Игорь Андреевич Глебов – младший научный сотрудник.

Екатеринбург, Scopus ID 57216874834

Igor A. Glebov – Junior Researcher.

Yekaterinburg, Scopus ID 57216874834

i.glebov@igduran.ruЧерныхВ. В.ChernykhV. V.

Владимир Владимирович Черных – младший научный сотрудник.

Екатеринбург; Scopus ID 57760083700

Vladimir V. Chernykh – Junior Researcher.

Yekaterinburg, Scopus ID 57760083700

chernyh@igduran.ruИнститут горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН)РоссияInstitute of Mining Engineering of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202320042023816877Copyright © Zhuravlev A.G., Glebov I.A., Chernykh V.V., 20232023Журавлев А.Г., Глебов И.А., Черных В.В.Zhuravlev A.G., Glebov I.A., Chernykh V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/473

A significant portion of mineral deposits developed by open-pit mining is opened to the full depth by road transport ramps without the use of combined transport. In most cases, this is dictated by the high rate of a pit deepening and multi-stage development. In this study, the energy intensity of rock mass (RoM) haulage from the working zone of a pit to the surface is considered at several hierarchical levels. Mineframe software was used to study 3D-models of open pits with different slope angles in order to test the method of analytical calculation of a pit volume that allowed ensuring accuracy under a wide range of mining conditions. The findings of the research are as follows: with an increase in the pit bottom diameter, the zone of stabilization of rock mass lifting (haulage) height shifts to greater target depths. An increase in the pit slope angles entails shifting the weighted average height to deeper elevations. By increasing the pit target depth, combined modes of transport become more economical in comparison with dump trucks due to an increase in the total volume of rock mass. Depending on the comparison purpose, it was proposed    to use different types of energy intensity. For a broad estimation of the rationality of the pair “scheme of opening – mode of transport” for open pits, the ratio of potential energy intensities of rock mass haulage   of a considered option of a pit opening and its basic option without transport berms was used. The ratio of potential energy intensities as a function of a pit depth was determined. The values of total energy intensity of rock mass haulage from a pit to the surface were also established.

Значительная часть месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом, вскрывается автомобильными транспортными съездами на всю глубину без использования комбинированного транспорта. В большинстве случаев это связано с высокой скоростью снижения уровня горных работ и многоэтапной разработкой. Методы исследований энергоемкости транспортирования горной массы из рабочей зоны карьера на поверхность рассматриваются в несколько иерархических уровней. Для исследования 3D-моделей карьеров с различными углами откоса использовано программное обеспечение Mineframe с целью забазировать методику аналитического расчета объема карьера, что позволило обеспечить точность при широком охвате диапазона горнотехнических условий. При увеличении диаметра дна карьера зона стабилизации высоты подъема смещается к большим конечным глубинам, увеличение угла откоса бортов карьера влечет за собой смещение средневзвешенной высоты в глубину,  с ростом конечной глубины карьера комбинированные виды транспорта становятся более экономичными в сравнении с автомобильным за счет увеличения суммарного объема горной массы. В зависимости от цели сравнения предложено использовать различные виды энергоемкости, для укрупненной оценки рациональности пары «схемы вскрытия – вид транспорта» для карьеров возможно использовать отношение потенциальных энергоемкостей перемещения горной массы рассматриваемого варианта вскрытия карьера и его базовой версии без транспортных берм, установлены закономерности изменения отношения потенциальных энергоемкостей от глубины карьера, определены значения полной энергоемкости транспортирования горной массы из карьера до поверхности комбинированными видами транспорта.

энергоёмкостьтранспортная система карьераглубокий карьерсхема вскрытиятранспортная бермакарьерные автосамосвалыугол откоса бортовenergy intensityopen pit haulage systemdeep pitopening schemetransport bermpit dump trucksslope angleИсследования выполнены в рамках Государственного задания Минобрнауки РФ №075-00412-22 ПРThe research was performed within the framework of the State Assignment of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation No. 075-00412-22 PRReferencesЯковлев В. Л., Корнилков С. В., Соколов И. В. Инновационный базис стратегии комплексного освоения ресурсов минерального сырья. Под ред. Яковлева В.Л. Екатеринбург: УрО РАН; 2018. 360 с. URL: https://igduran.ru/files/eshop/elibrary/2019-inno-bazis.pdfYakovlev V.L., Kornilkov S.V., Sokolov I.V. Innovative basis of the strategy for integrated development of mineral resources. Yekaterinburg: UrO RAS Publ.; 2018. 360 p. (In Russ.) URL: https://igduran.ru/files/eshop/elibrary/2019-inno-bazis.pdfЗырянов И. В., Акишев А. Н., Бондаренко И. Ф. Совершенствование добычи и переработки алмазосодержащих руд. Под ред. Чантурия В.А. Якутск: Издательский дом СВФУ; 2020. 720 с.Zyryanov I.V., Akishev A. N., Bondarenko I. F. Improvement of mining and processing of diamond-bearing ores. Yakutsk: SVFU Publ. House; 2020. 720 p. (In Russ.)Журавлев А. Г., Буднев А. Б. Влияние типоразмера автосамосвала на разнос бортов карьера. Проблемы недропользования. 2018;(2):20–29. https://doi.org/10.25635/2313-1586.2018.02.020Zhuravlev A., Budnev A. Influence of the dump truck type and size on the diversity of the quarry sides. Problems of Subsoil Use. 2018;(2):20–29. (In Russ.) https://doi.org/10.25635/2313-1586.2018.02.020Анистратов Ю.И. Энергетическая теория расчета технологии открытых горных работ. Горный информационно-аналитический бюллетень. 1996;(3):20–29.Anistratov Yu.I. Energy theory for calculating the technology of open-pit mining. Mining Informational and Analytical Bulletin. 1996;(3):20–29 (In Russ.)Коваленко В.А., Тангаев И. А. Энергетический принцип контроля и оптимизации технологических процессов на карьерах. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008;(2–1):293–301.Kovalenko V.A., Tangaev I.A. Energy principle of control and optimization of work processes in open pits. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2008;(2–1):293–301. (In Russ.)Лель Ю.И., Ворошилов Г.А., Стенин Ю.В., Николаев Н. А. Методика энергетической оценки транспортных систем карьеров в условиях рыночной экономики. Известия Уральского государственного горного университета. 2005;(21):129–137.Lel Yu.I., Voroshilov G.A., Stenin Yu.V., Nikolaev N. A. Methodology of energy assessment of pit transport systems under market conditions. Proceedings of the Ural State Mining University. 2005;(21):129–137. (In Russ.)Kurlenya M.V., Tanaino A. S. Energy analysis of open-pit coal mining. Journal of Mining Science. 1997;33(5):453–462. https://doi.org/10.1007/BF02765621Kurlenya M.V., Tanaino A. S. Energy analysis of open-pit coal mining. Journal of Mining Science. 1997;33(5):453–462. https://doi.org/10.1007/BF02765621Symonenko V. I., Haddad J. S., Cherniaiev O.V. et al. Substantiating systems of open-pit mining equipment in the context of specific cost. Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. 2019;100(2):301–305. https://doi.org/10.1007/s40033-019-00185-2Symonenko V. I., Haddad J. S., Cherniaiev O.V. et al. Substantiating systems of open-pit mining equipment in the context of specific cost. Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. 2019;100(2):301–305. https://doi.org/10.1007/s40033-019-00185-2Purhamadani E., Bagherpour R., Tudeshki H. Energy consumption in open-pit mining operations relying on reduced energy consumption for haulage using in-pit crusher systems. Journal of Cleaner Production. 2021;291:125228. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125228Purhamadani E., Bagherpour R., Tudeshki H. Energy consumption in open-pit mining operations relying on reduced energy consumption for haulage using in-pit crusher systems. Journal of Cleaner Production. 2021;291:125228. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125228El Maghraoui A., Ledmaoui Y., Laayati O. et al. Smart energy management: a comparative study of energy consumption forecasting algorithms for an experimental open-pit mine. Energies. 2022;15(13):4569. https://doi.org/10.3390/en15134569El Maghraoui A., Ledmaoui Y., Laayati O. et al. Smart energy management: a comparative study of energy consumption forecasting algorithms for an experimental open-pit mine. Energies. 2022;15(13):4569. https://doi.org/10.3390/en15134569Koptev V.Y., Kopteva A.V. Structure of energy consumption and improving open-pit dump truck efficiency. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017;87(2):022010. https://doi.org/10.1088/1755-1315/87/2/022010Koptev V.Y., Kopteva A.V. Structure of energy consumption and improving open-pit dump truck efficiency. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017;87(2):022010. https://doi.org/10.1088/1755-1315/87/2/022010Patterson S. R., Kozan E., Hyland P. An integrated model of an open-pit coal mine: improving energy efficiency decisions. International Journal of Production Research. 2016;54(14):4213–4227. https://doi.org/10.1080/00207543.2015.1117150Patterson S. R., Kozan E., Hyland P. An integrated model of an open-pit coal mine: improving energy efficiency decisions. International Journal of Production Research. 2016;54(14):4213–4227. https://doi.org/10.1080/00207543.2015.1117150Ristić L., Bebić M., Štatkić S. et al. Bulk material transportation system in open pit mines with improved energy efficiency. In: Proceedings of the 15th WSEAS International Conference on Systems. Corfu Island, Greece. 14–16 July 2011. Pp. 327–332.Ristić L., Bebić M., Štatkić S. et al. Bulk material transportation system in open pit mines with improved energy efficiency. In: Proceedings of the 15th WSEAS International Conference on Systems. Corfu Island, Greece. 14–16 July 2011. Pp. 327–332.Лукичёв С. В., Наговицын О.В. Цифровое моделирование при решении задач открытой и подземной горной технологии. Горный журнал. 2019;(6):51–55. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.06.06Lukichev S.V., Nagovitsyn O.V. Digital simulation in solving problems of surface and underground mining technologies. Gornyi Zhurnal. 2019;(6):51–55. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2019.06.06Буднев А. Б., Журавлев А. Г. Оценка погрешностей некоторых аналитических методов расчета объема карьера. Проблемы недропользования. 2017;(4):61–70. https://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.04.061Budnev A. B., Zhuravlev A. G. The estimate of errors of some analytical methods of pit volume calculation. Problems of Subsoil Use. 2017;(4):61–70. (In Russ.) https://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.04.061Берсенев В.А., Кармаев Г.Д., Семенкин А. В., Сумина И. Г. Схемы циклично-поточной технологии при различном залегании месторождений полезных ископаемых (обзор применяемых и предлагаемых схем ЦПТ). Проблемы недропользования. 2018;(4):13–21. https://doi.org/10.25635/2313-1586.2018.04.013Bersenev V.A., Karmayev G. D., Semenkin A.V., Sumina I. G. Schemes of cyclic-flow technology by various bedding of mineral deposits (reviewing of existing and proposed schemes of CFT). Problems of Subsoil Use. 2018;(4):13–21. (In Russ.) https://doi.org/10.25635/2313-1586.2018.04.013Журавлев А. Г., Семенкин А. В., Черепанов В. А. и др. Задачи развития перспективных циклично-поточных технологий для глубоких карьеров. Горная промышленность. 2022;(1S):53–62. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-1S-53-62Zhuravlev A. G., Semenkin A.V., Cherepanov V.A. et al. The purpose of developing advanced in-pit crushing and conveying technology for deep open pits. Russian Mining Industry. 2022;(1S):53–62. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-1S-53-62

The authors declare that there are no conflicts of interest present.