автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Управление рудной массой по оценке извлечения металлов на основе геометризации

На правах рукописи

Шагдарын ОТГОНБИЛЭГ

УДК 622.12:528.74(043.3)

УПРАВЛЕНИЕ РУДНОЙ МАССОЙ ПО ОЦЕНКЕ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ГЕОМЕТРИЗАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.01 - "Маркшейдерия"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 1996 г.

На правах рукописи

Шагдарын ОТГОНБИЛЭГ

УДК 622.12:528.74(043.3)

УПРАВЛЕНИЕ РУДНОЙ МАССОЙ ПО ОЦЕНКЕ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ГЕОМЕТРИЗАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.01 - "Маркшейдерия"

Автореферат диссертации па соискание учепой степени доктора технических наук

Москва, 1996 г.

Работа выполнена в Монголии на Совместном Монголо-Российском горнообогатитшьном предприятии "Эрдэнэт".

в . /¿5. час. . — . мин. на заседании совета Д - 053.12.06 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6. А-740.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Официальные оппоненты

докт. техн. наук, проф. Букринский В.А., докт. техн. наук, проф. Калинченко В.М., докт. техн. наук, проф. Пащенков В.З.

Ведущая организация - Институт проблем комплексного освоения недр Российской Академии наук.

Автореферат разослан "30"

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук, проф. БАКЛАШОВ И.В.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Истощение запасов полезных ископаемых и уменьшение содержания полезных компонентов в них предопределяет резкое ухудшение экономической эффективности работы горнорудного предприятия.

Вхождение в систему мировой экономики предприятия "Эрдэнэт" требует непрерывного повышения его эффективности и качества выпускаемой продукции, обеспечивающие высокую конкурентоспособность на внешнем рынке. Основное внимание при этом должно уделяться процессам рудоподготовки и переработки рудного сырья по всей технологической цепи, начиная от разведки месторождения и до получения конечной продукции.

Сложность принятия решений по управлению многокомпонентной рудной массой обусловлена значительной изменчивостью геологических условий залегания рудного тела, распределением полезных компонентов в нем, а также стохастическим характером протекания процессов добычи руды.

В частности, для месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо" перемежаемость различных сортов руд и пустых пород составляет до 3 м, диапазон изменения содержания меди обшей в руде 0,03-2,25%, молибдена - 0,016-0,031%.

Анализ показывает, что примерно 20% рудного сырья, поступающего на обогатительную фабрику, не соответствует в той или иной мере техническим условиям.

Усреднение руд как метод формирования однородных рудопотоков сыграло большую роль в повышении эффективности разработки месторождений. Однако практика работы и более глубокое изучение свойств рудной массы

позволяют сделать вывод, что усреднение руд как способ стабилизации качества не в полной мере обеспечивает эффективностьпроцессов рудоподготовки.

Управление рудной массой требует глубокого изучения месторождения, процессов рудоподготовки и переработки руд как единой комплексной, непрерывной, динамической системы.

Изложенное показывает необходимость разработки новых подходов к управлению рудной массой во всех ее трансформациях и в динамике.

Представляемая работа является непосредственным продолжением и развитием кандидатской диссертации автора, защищенной 12 лет назад на Ученом Совете Московского горного института.

Проведенные научно-исследовательские работы по тематике диссертации являются важнейшими и входили в следующие программы:

- основные направления экономического и социального развития горно-геологической отрасли Монголии на период до 2000 года;

- программа "Медь", 1991 год, программа "Золото", 19931994 г.г., программа "Серебро", 1989 год (Постановления Правительства Монголии);

- Концепция развития совместного Монголо-Российского предприятия "Эрдэнэт" на период до 2004 года (Решение Совета совместного Монголо-Российского предприятия "Эрдэнэт" и постановление Правительства Монголии).

В соответствии с изложенным, актуальность исследований очевидна.

Целью диссертационной работы является максимальное использование минеральных ресурсов на базе разработки научных основ управления рудной массой по оценке извлечения металлов.

Идея работы заключается в выявлении закономерностей пространственного размещения информативных показателей, определяющих технологию обогащения, с учетом влияния изменчивости руд на полноту извлечения металлов в концентрат, причем управление рудной массой должно представлять непрерывную комплексную систему от разведки месторождения до оперативного управления рудопотоками.

Методы и объекты исследования. Для решения проблемы принят комплексный метод исследований, включающий системный подход, горно-геометрический анализ, стереологический анализ, математическое моделирование, теорию информации, теорию вероятностей и математическую статистику, спектральный анализ, теорию случайных функций, метод экспертных оценок, имитационное моделирование, теорию агрегативных систем, методы направленного поиска оптимума, технико-экономический анализ, экспериментальные исследования.

При апробации эффективности разработанных методов, методик, моделей и системы управления были применены промышленные эксперименты и внедрение.

Объектами исследований служат крупнейшие месторождения цветных и благородных металлов Монголии.

Основные научные положения, защищаемые автором.

1. Геолого-технологическая оценка руд месторождения должна основываться на выявленных закономерностях

пространственного размещения информативных признаков, позволяющих оконтурить различные типы и сорта руд, повысить обоснованность планирования горных работ и достоверность прогнозирования технологических показателей обогащения.

2. Районирование месторождения должно базироваться на горно-геометрической модели сложности участков, которая с определенной точностью характеризует совокупное влияние всех информативных признаков, причем требуемая точность оценки сложности определяется на базе оптимизации параметров эксплуатационной разведочной сети.

3. Стабилизация показателей качества руд, подаваемых на обогатительный передел, должна основываться на соответствии состава руд технологии обогащения с учетом закономерностей пространственной изменчивости качества и амплитудно-частотных характеристик рудопотоков и определении направления наименьшей изменчивости показателей качества в эксплуатационных блоках.

4. Прогноз показателей работы рудника, извлечения металлов и оценка стабильности технологических процессов должны производиться с использованием методов имитации забойных и общерудничных рудопотоков в динамике с учетом комплексного влияния неравномерности размещения полезных ископаемых и стохастического характера горных работ.

5. Эффективность управления извлечением полезных ископаемых достигается на основе построения непрерывной комплексной системы, включающей последовательные этапы планирования на базе технологической оценки руд месторождения и горно-геологической сложности его участков,

а также оперативного контроля и управления, которая отличается определением оптимальных интервалов управления, оценкой достижимой степени стабильности качества подаваемых руд, формированием рудопотоков с оптимальным соотношением типов и сортов руд, соответствующих технологии обогащения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендации, сформулированных в работе, подтверждаются:

- обобщением производственного опыта разведки и разработки месторождений цветных металлов;

объективным выбором оптимальных экономико-математических моделей;

- сходимостью результатов выполненных исследований с данными опытно-промышленных работ, апробацией предложенных методик, а также положительным многолетним опытом практического их использования на предприятиях Монголии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) впервые разработаны научные основы управления рудной массой по оценке извлечения металлов на всех этапах рудоподготовки и переработки сырья, построения комплексной непрерывной динамической системы на базе геометризации месторождения;

2) обосновано, что в основу создания системы управления рудной массой должна быть положена оценка сквозного извлечения металлов как на основных технологических переделах, так и из отходов производства, что обеспечивает эффективную охрану недр;

3) доказано, что полнота извлечения металлов в концентрат определяется степенью извлечения каждого минерала, содержащего данный металл, соответствием соотношения типов и сортов руд технологии обогащения и обеспечивается управлением рудной массой на основе горно-геометрической модели месторождения;

4) оптимизация параметров эксплуатационной разведочной сети обеспечивает допустимую погрешность оценки информативных. признаков, характеризующих горногеометрическую модель месторождения;

5) разработана геолого-технологическая классификация руд по информативным признакам и предложена методика районирования месторождения на базе горно-геометрической модели сложных участков;

6) выявлены закономерности:

- пространственного размещения типов и сортов руд;

- снижения содержания меди в руде с глубиной и от центра к периферии месторождения;

- степени раскрытия медных сульфидов и прогноза извлечения меди от содержания готового класса крупности;

- извлечения меди от содержания меди общей, меди окисленной, свободного кремнезема и количества тектонических нарушений;

- извлечения меди от степени измельчения руд и вкрапленности медных минералов;

- содержания меди и молибдена в хвостах от их колеблемости в подаваемой руде.

Перечисленные закономерности обосновывают разработку методов и задач управления рудной массой.

7) предложены структура, состав задач и разработана методика совершенствования управления горными работами, которая заключается в учете закономерностей природной изменчивости качества, амплитудно-частотных характеристик рудопотоков, определении оптимальных направлений отработки экскаваторных блоков, оперативном контроле рудопотоков для обеспечения полноты извлечения полезных ископаемых.

Научное значение диссертации заключается в разработке научно обоснованных технологических решений по: выявлению закономерностей их пространственного размещения типов и сортов руд и их классификации, обеспечению соответствия подаваемых на переработку руд технологии обогащения на основе геометризации месторождения, определению оптимальных направлений отработки эксплуатационных блоков, выбору метода имитации процессов формирования рудопотоков, обоснованию оптимального интервала принятия управляющих решений и контроля их реализации, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса горнорудной отрасли.

Практическая значимость работы заключается в разработке:

- методики прогноза технологических показателей руд;

геолого-технологической классификации руд по показателям обогатимости;

- методики районирования участков месторождения по совокупности информативных признаков;

горно-геометрических моделей месторождения по информативным признакам и по извлечению металлов;

- методики определения оптимального направления отработки блока по изменчивости показателей качества;

- методики оценки параметров случайной и закономерной изменчивости показателей качества;

- методики анализа формирования рудопотоков на базе имитационного моделирования;

обоснования критерия минимизации суммарной внутриблоковой и межблоковой дисперсии качества руд;

- определения контуров планируемых горных работ;

- системной модели управления рудной массой.

Внедрение результатов работы.

Результаты работы внедрены на горнообогатительных предприятиях Монголии:

1) методические рекомендации:

- совершенствование действующей технологичесой схемы обогащения руд и реконструкция 1-ГУ очередей СП "Эрдэнэт";

- селективная добыча купритосодержащих руд в зоне Центрального разлома и изменение направления отработки запасов;

- ведение однородных добычных участков на основе эксплуатационной геометризации месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо";

- стабилизация качества флюоритовых руд.

2) технико-экономические обоснования:

- концепции развития совместного Монголо-Российского предприятия "Эрдэнэт" на период до 2004 года;

получения меди из отвалов забалансовых руд месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо" путем выщелачивания (метод 8Х-Е\У);

- целесообразности получения благородных металлов и меди из хвостов медной флотации обогатительной фабрики "Эрдэнэт";

- разработки месторождения "Заамарын-Эх";

- разработки месторождения "Улаан-Овоо" .

Внедрение результатов работы обеспечило получение экономического эффекта более 10 млн. долл. США, а ожидаемый экономический эффект на период развития горнодобывающей отрасли Монголии до 2004 г. составляет около 150 млн. долл. США.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических советах: СП "Эрдэнэт" (1983-1996 г.г.); Министерства энергетики, геологии и горнорудной промышленности Монголии (1982-1996 г.г.); научно-проектного горного института Монголии (1982-1995 г.г.); института Гипроцветмет (1993-1995 г.г.); на кафедрах высших учебных заведений: Монгольского горно-геологического института при политехническом государственном университете (1994-1995 г.г.); Московского государственного горного университета (1983-1995 г.г.); Московского государственного открытого университета (1982-1993 г.г.); Иркутского политехнического института (1983-1984 г.г.); на Международных симпозиумах АРСОМ: Западный Берлин, 1990 г.; Монреаль, 1993 г.; Любляна, 1994 г.; Блед (Словения), 1994 г.; на Всемирных горных конгрессах: Китай, 1990 г.; Болгария, 1994 г.; Киев, 1995 г; на Международной научно-практической конференции "Геология, методика поиска и разведки медных месторождений МНР" (Улан-Батор, 1985, 1989г.г.); на конференции

"Геомаркшейдер" (Москва, 1991 г.); на Монголо-Американской научно-технической конференции (Денвер, 1995 г.) и других научно-практических конференциях, симпозиумах

государственного и международного уровней.

По данному научному направлению под руководством автора защищено четыре кандидатских диссертации и по двум ведутся исследования.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 работ, в том числе 2 монографии. Под руководством автора выпущено 39 научно-исследовательских отчетов:

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы, содержит 302 страницы машинописного текста, 33 таблицы и 52 рисунка.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность профессорам В.М.Гудкову, А.С.Давидковичу, коллегам по работе и аспирантам за постоянное содействие, ценные советы при выполнении данной работы и участие в реализации ее результатов.

Основное содержание работы

Проведенный анализ показывает, что, несмотря на важные достижения в создании эффективных технологических процессов и способов управления добычей и переработкой руд цветных металлов, до настоящего времени не созданы научные основы и единая методология управления рудной массой как комплексной непрерывной динамической системой от разведки месторождения до оперативного управления рудопотоками.

Предложенный подход к решению проблемы (рис.1) определил основные направления исследований и разработки системы управления рудной массой.

В качестве объектов управления последовательно рассматриваются месторождение в целом, его участки и формируемые рудопотоки. Задачи исследований объединены во взаимосвязанные комплексы, включающие:

- структурно-вещественную оценку рудной массы;

- определение характеристики геолого-технологической неоднородности рудной массы;

- оценку изменчивости качественных показателей руд в эксплуатационных блоках;

- анализ формирования рудопотоков и их качественных показателей;

- создание теоретических основ построения системы управления рудной массой.

Решение каждого комплекса задач обосновывает отдельное научное положение диссертационной работы.

На базе разработанных горно-геометрических моделей вырабатываются последовательные управляющие воздействия на долгосрочном, текущем и оперативном интервалах, обеспечивая взаимосвязанное управление рудной массой во времени и пространстве.

Многоэтапность условий минералообразования медно-молибденовых руд месторождения, связанная с неоднократным проявлением тектонических подвижек и влиянием рудно-магматических процессов, обусловила определенные

закономерности геолого-минералогической неоднородности месторождения в целом и отдельных его участков. Практическим

результатом геолого-технологической оценки руд является выявление технологических свойств, а, следовательно, и возможность прогнозирования показателей обогащения.

Геологические исследования в комплексе с глубоким и всесторонним минералого-технологическим изучением руд должны обеспечить возможность оптимального решения широкого круга вопросов, связанных с эксплуатацией месторождения: селективной или валовой добычи и обогащения геолого-технологических типов и сортов руд, необходимости их усреднения, использования забалансовых руд, схемы отработки месторождения, обеспечения фронта горных работ, обоснованности управления рудопотоками. Естественно, что такой широкий круг вопросов может быть решен на основе глубокого и всестороннего изучения минерального состава руд и их технологических свойств, установления закономерностей в их именчивости на месторождении.

Главными рудными минералами являются пирит, халькозин, ковеллин, халькопирит, и в подчиненном количестве развиты борнит, молибденит, теннантит. В рудном теле в горизонтальном (от центра к периферии) и особенно в вертикальном (сверху вниз) направлениях четко прослеживается постепенное снижение среднего содержания вторичных медных сульфидов и пирита с полным переходом к халькопириту, изменение соотношения первичных и вторичных сульфидов влечет за собой снижение содержания меди в руде (рис. 2).

Анализ мирового опыта показал, что основные отличия в технологических схемах и показателях обогащения медно-порфировых руд на ведущих обогатительных фабриках мира определяются текстурно-структурными особенностями руд.

Объекты управления

Месторождение

Участи месторождения

Рудопотоки

Задачн исследован и й и принятие ре шенин

Структурпо-вещесгвепная оценка рудпой массы

т

Анализ влияния вещественного сос -тава и морфологаи оруденения на обо-гатимость

Выявление иифор— мативных признаков свойств руд определяющих обогати— мость

Прогнозирование технолога -чоских показателей переработки руд

Геолото—тнхнолстеческая класси -фикация руд ш обогатамости

Характеристика геолого—патологической пеодпородпосги рудпой массы

Выбор факторов, определяющих неоднородность рудной массы и их влияние на обогатамость

Разработка показателя интегральной оценки горно— геологической сложности

Зашсиместъ сцяжигсрно—

скхжносш от сгатаи разведенности участ-ксв месгсрсяс— дятия_

Модель горно—несло— гоческсй сложности как сценка неоднородности учаспсс® месторождения

Оптимизация параметре® эксплуа— тационной разведочной сети по оценке неоднородности участков месторождения_

Оценка изменчивости качественных показателей руд по блокам

Характеристика измен -щ шости псказагелш качества руд

Анализ изменчивости качества руд поступающих на обогатительную фабрику

Разработка мещлд оценки изменчивости качества по направлениям

Выделение закономерней и случайной составляющих калебле -моста качества в рудр— потоке

Анализ пространствен — ной изменчивости качественных показателей по блоку

Анализ спектральных характеристик измен— чивосга показателей качества

Апалт формщххззния руэрпжкев иколе&^мхшихгегестажьЕ нкзэагекя

Выбор и сбоснсезние метсда меделирсвания рудеггяоксе

1

ГЬарсппЕимшнцисн— гаЧм^рмпЕшсусптах: — кей при рдерхрцжно!

Сцяжа влияния ште&е— мссшквяЕста рде^пжжв нагЕвгошЕли сбсгащЕния

СЦзша грскзг^пемлосш, просют и ккяебаш ш гачвстш в жЕншхтетшпсеттансй ЦЕПИ

Анализ основных факторов и взаимосвязей, влияющих на колеблемость

II

Картирование месторождения го показателям обогзтпмосгн

Долгосрочное планирование горных работ

м ы

Районирование месторождения ] на участки по горно геологи — Ц_ ческой сложности

П

н

II я

Определение оптимального направления, интервала управления по изменчивости показателей качества

Прогноз показателей работы | руд ника и принятие управляющих | ранений |

,1 От^шиаювугрдв'ежр^ша®«

Учет и анализ хода добычи руды

Рис. 1 Управление рудной массой

1—доля вторичной меди в руде --' доля первичной меди в руде

Рис. 2 Изменение содержония меди по месторождению

Медно-порфировые месторождения мира, в зависимости от типов текстур-структур руд, классифицированы на три группы: простые, средней сложности, сложные. В частности, месторождение "Эрдэнэтийн-Овоо" относится к группе технологически сложных. Для большинства медно-порфировых месторождений мира характерны более грубые структуры руд и, соответственно, используются простые технологические схемы обогащения при измельчении их до крупности 40-65% класса -0,074 мм. А руды со скрытотонкозернистой структурой обогащаются по стадиальным схемам измельчения в оптимальном помоле 68-72% класса менее 0,074 мм.

В результате теоретических и лабораторных исследований, а также промышленных испытаний выявлены наиболее информативные признаки, отражающие геолого-минералогические, технологические свойства и определяющие обогатимость руд: содержание общей меди, содержание вторичной меди, содержание первичной меди, содержание окисленной меди, содержание железа, содержание свободного кремнезема, содержание глинозема, содержание общего молибдена, содержание сульфидного молибдена, содержание сульфидной серы, коэффициент рудоносности, интенсивность тектонических нарушений, изменчивость контакта рудного тела, гранулометрический состав руд, вкрапленность минералов, соотношение типов руд.

Из них содержание общей и окисленной меди были определены как ведущие информативные признаки ранее в работах автора.

Установленная корреляционная связь информативных признаков основных геолого-минералогических факторов с

показателями обогатимости руд подтверждает обоснованность их выбора.

Для технологической оценки руд разработан ряд методик:

- прогнозирования извлечения меди в коллективный концентрат на основе стереологического анализа;

- расчета технологических показателей по содержанию минералов в руде и продуктах обогащения;

- оценки влияния вкрапленности медных сульфидов на технологические показатели;

прогнозирования минералого-химических составов выпускаемых концентратов и технологических показателей обогащения;

- оценки геолого-технологических факторов обогатимости

РУД-

Модель месторождения по изменчивости извлечения (рис.3) иллюстрирует целесообразность управления рудной массой по оценке извлечения металлов.

Полученные зависимости показывают, что извлечение металлов в концентрат определяется не их общим содержанием в руде, а, главным образом, степенью извлечения каждого минерала, содержащего данный металл:

п

Ук2 р!

1=1 Ук Р1 УкРг у^Рп

Еметк =---+ -+... +- = Б1к +Б2к +... +£пк ,

п п п п

£ с« 2 % X ад 2 ад 1=1 ¡=1 ¡=1 ¡=1

где Е1к показывает долю извлечения отдельного минерала в суммарном извлечении металла.

Рис, 3 МоЗедь месторожЗения по изменчиЬости изЬдечения металлов

С помощью разработанных методик выполнено прогнозирование технологических показателей коллективного и медного циклов флотации и минеральных составов выпускаемых концентратов для различных периодов работы обогатительной фабрики.

Исследования гранулометрического состава медных сульфидов в исходной руде показали, что при снижении содержания меди возрастает ее количество, связанное с тонкими зернами. При этом в рудах зоны цементации (Си - 0,86%) количество меди, связанное с зернами размером менее 0,08 мм, составляет 55%, менее 0,016 мм - 4,8%, а в первичной руде (Си = 0,4%) количество меди, связанное с зернами размером менее 0,08 мм, соответственно 72,5%, менее 0,016 мм - 10,4%. Зависимость среднего размера зерен медных минералов от содержания меди в руде описывается уравнением:

= 0,033 +0,096 аси,

где Б™ - средний размер зерен медных минералов, мм; аси - содержание меди в руде, %.

Сравнение фактических технологических показателей, полученных на обогатительной фабрике при ее стабильной работе, с прогнозируемыми показывает, что извлечение меди отличается на 0,2-0,8%! при равном качестве концентрата.

Эти исследования особенностей руд месторождения имеют принципиальное значение для понимания в целом проблемы геолого-технологического картирования методом геометризации месторождения.

На обогатимость руд взаимосвязанно влияют природные факторы: общегеологические, минералого-петрографические и физико-химические, а также технологические факторы, обуславливающие изменение свойств минералов и руд в процессе рудоподготовки и флотации.

В один геолого-технологический тип руд объединяются все минеральные разновидности по природе рудных минералов, характеризующиеся определенными параметрами

информативных признаков и обеспечивающие получение рентабельных экономических показателей при обогащении тем или иным методом (комплексом методов). Геолого-гехнологический тип руды геометризуется в пространстве, все входящие в него сорта обогащаются по одной схеме.

Геолого-технологический сорт руды объединяет одну или несколько минеральных разновидностей с близкими параметрами одноименных информативных признаков, обеспечивающими получение сопоставимых показателей при определенной схеме обогащения. Сорта также геометризуются на месторождении и отличаются друг от друга различными комбинациями показателей обогащения. Разработанная геолого-технологическая классификация руд месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо" и пример геометрической модели гор. 1400 м приведены на рис. 4, 5.

Оценка неоднородности участков месторождения многокомпонентных руд зависит от различных горногеологических и технологических факторов. Совокупность этих факторов определяет возможность разделения месторождения на участки различной сложности. Для районирования месторождения целесообразно использовать единый

Си* 1007.

существенно

халькозин

ТЕннантит

шш ирит]

Си" 1002

холькопирит

(Си = Ге ) халькозин (гирит и другие) . ковеллин-2

КУПРИТ

Си, Са, Мор

КУПРИТ _.г

..иР&и'г-пфит ДЕлаФоссит и др, мин.

50'/. Сижси самородная

ТЕНОРИТ КУПРИТ

кове/мин-2 делофоссит силикатныи, .каРБонатныЁ, \сульч>атныЕ ^ормы Си

100Х Си

Рис. 4 Минериольные формы и порометры геолого-технологимеской классификации руд.

}-|И)||Щ тип [ г орт [-1 7пип IIСорт //-1 ,члЛ>£72' тип I/ оирт II-г ¡■10 . 7рсп} Ш сорт Шч И тип Ш сорт Ш-г

г,";,О пчп

геол. рт/огн

Рис. 5. Геометримескоя модель гор. 1400м

комплексный показатель, который с определенной степенью точности будет характеризовать совокупное влияние всех факторов. В качестве такого целесообразно использовать показатель горно-геологической сложности участка месторождения.

Под горно-геологической сложностью понимается интегральный показатель совокупности горных и геологических факторов по степени их изменчивости, количественно оценивающий месторождение (участки), влияющий на рациональное извлечение полезных ископаемых из недр и технико-экономические показатели горного предприятия. Таким требованиям отвечает показатель, в основе которого лежат горно-геометрические особенности месторождения, выраженные в виде топофункции.

Для оценки горно-геологической неоднородности выполнен анализ всех информативных признаков, характеризующих свойства месторождения. В основу выделения представительных факторов и оценки их информативности был положен метод экспертных оценок.

Проведенный анализ показывает, что комплексная оценка изменчивости многокомпонентных руд обеспечивается достоверной информативностью следующих факторов: общей медью, интенсивностью тектонических нарушений, окисленной медью, свободным кремнеземом, размером вкрапленности медных минералов.

Выявленные закономерности позволили установить связь извлечения меди в концентрат с этими факторами и построить матрицу множественной корреляции:

ecu = 81,66 + 0,22 Si02 + 2,17 Cuo6 - 0,59 Cu0K - 0,16 I™. .

Матрица множественной корреляции

Факторы I II III IV V

SЮг, I 1 0,252 - 0,574 - 0,297 0,655

Си* II 1 -0,275 0,211 0,523

Cn«, III 1 0,389 •0,741

I™, IV 1 -0,511

Ее., V 1

Достаточно высокое значение коэффициента множественной корреляции (R=0,82) свидетельствует о возможности предварительной оценки обогатимости руд по этим факторам.

Зависимость влияния степени измельчения руд с различным содержанием меди и, соответственно, с разным размером вкрапленности медных минералов в них на показатели обогащения описывается уравнением регрессии общего вида:

ECu = СО +С1 Р -0,08 +C2 Р-0,082, где ecu - извлечение меди в коллективный концентрат, % ;

Р -о,о8 - содержание класса крупности -0,08 мм в питании флотации,%.

Исследования показывают, что недораскрытие медных минералов снижает извлечение меди из бедных руд более значительно, чем из богатых по содержанию руд. Достаточно полного извлечения металла при обогащении сравнительно бедных руд можно достигнуть при более тонком измельчении.

Рассмотренные факторы в совокупности характеризуют горно-геометрическую сложность участков месторождения.

Точность прогнозирования горно-геометрической сложности зависит от степени разведанности участков

месторождения многокомпонентных руд, которая определяется параметрами эксплуатационной разведочной сети и влияет на погрешности подсчета запасов руды, величины потерь руды, обоснованность управления горными работами и, наконец, на эффективность процесса обогащения.

Целесообразной является оптимизация параметров эксплуатационной разведочной сети на основе сравнения затрат на разведку и ожидаемого ущерба от степени разведанности месторождения.

Сравнение погрешностей данных разведки и результатов отработки месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо" за 10 лет по 14 горизонтам показало, что усредненные погрешности подсчета запасов руды по отдельным горизонтам составляют 5-6%, максимальные достигают 15-17%, по руднику соответственно -15-20% и 100-105%, а усредненные погрешности содержания меди по отдельному горизонту составляют 5-6% и достигают 12-13%, по руднику соответственно - 6-7% и 17-18%.

Анализ показал необходимость пересмотра существующей практики планирования разведочных работ и обоснования параметров разведочной сети в зависимости от горногеологической сложности участков месторождения.

Для обоснования рациональной плотности разведочной сети были проведены исследования погрешностей при разведке сетями различных параметров методом разрежения.

Установленная зависимость позволяет определить значения потерь качества руды и входит в целевой признак для тсхнико-экономического обоснования эксплуатационной разведочной сети .

Оптимизация параметров эксплуатационной разведочной сети произведена по экономическому критерию:

W = Зэ.р. + R г.п. -» min, где Зэ.р. - затраты на эксплуатационное разведочное бурение, тыс. тугр.;

Rr.n. - ожидаемый ущерб горного предприятия от степени разведанности участков месторождения, тыс. тугр.

На основании расчетов по приведенной формуле построены номограммы для практического использования.

Таким образом, оптимизация параметров эксплуатационной разведочной сети производится на основе технико-экономической оценки последствий, вызванных недостаточной разведанностью участков месторождения.

Оптимизация параметров эксплуатационной разведочной сети ' обеспечивает допустимую погрешность оценки информативных признаков, характеризующих горногеометрическую модель месторождения.

Таким образом, проведенные исследования позволили количественно оценить изменчивость пространственного размещения руд месторождения, горно-гсологическую сложность его участков и выделить на нем существенно различные между собой, но однородные внутри участки.

Эти участки достаточно большие, и их необходимо учитывать при долгосрочном и текущем планировании горных работ.

Внутри участков показатели интенсивности тектонических нарушений и содержание свободного кремнезема относительно стабильны, в то время как дисперсии содержания меди общей, окисленной и молибдена значительно изменяются, поэтому на

оперативном уровне необходимо стабилизировать эти показатели в руде, подаваемой на обогатительную фабрику, с учетом соотношения типов руд.

Для анализа пространственной изменчивости качественных показателей эксплуатационных блоков использованы автокорреляционная и структурная функции. Исследования проводились для оценки степени изменчивости качественных характеристик руд и их сравнительных показателей как в целом по месторождению, так и по отдельным блокам различных горизонтов.

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

- установлены волновые характеры изменения содержания меди и молибдена, осложненные случайными колебаниями;

- присутствие закономерной составляющей изменчивости показывает, что данной сетью наблюдений улавливаются волновые изменения содержания меди общей с длиной волны от 25 до 240 м и амплитудой 0,3-0,7%;

- изменчивость показателей качества руды в различных эксплуатационных блоках отличается от 2 до 10 раз.

Поэтому изучение случайной и закономерной изменчивости контролируемых показателей качества руды является важным условием оперативного планирования и управления рудной массой в режиме стабилизации качественных показателей при установленных соотношениях типов руд. Однако в настоящее время не существует достаточно простого и эффективного метода оперативной оценки изменчивости качества руды в блоках. В этой связи для оценки изменчивости разработано теоретическое обоснование применительно к медно-порфировым месторождениям и методика, в основу которой

положена оценка изменчивости показателей качества руды в различных направлениях отработки блока с использованием автокорреляционных функций.

На основе критических радиусов корреляции строится индикатриса изменчивости исследуемого показателя качества. Она позволяет выбрать направление отработки блока вдоль наименьшей изменчивости, обеспечивая минимальные значения внутриблоковой дисперсии контролируемых показателей качества.

Логически следующей является задача исследования изменчивости качества руды, перерабатываемой обогатительной фабрикой. Статистический анализ показывает, что отклонения содержания меди превышают допустимые отклонения до 2,5 раз, а число выходов за допустимые пределы достигает 30% смен.

Принципиально важным является определение доли устранимой составляющей колеблемости качества руды, что позволит оценить достижимую степень стабильности. Эта задача может быть решена с помощью аппарата теории случайных функций. Исследования изменчивости сменных показателей качества рудопотоков показывают, что при семисменном интервале наступает практически полное отсутствие закономерной составляющей.

Случайная составляющая дисперсии качества может быть определена по выражению:

СТсл2 = о2(1 -Р2(1)), где а2 - общая статистическая дисперсия изучаемого признака;

р2(0 - значение нормированной автокорреляционной функции для интервала времени I между точками наблюдения.

Соотношение между уровнями случайной и закономерной составляющих колеблемости качества:

О2 = Сел2 + СГз2 .

В частности, для содержания меди общей в руде получены зависимости:

су«2 = 0,42 с2 - в сменных объемах;

Стел2 = 0,64 ст2 - в суточных объемах.

Таким образом, в результате исследований выявлено, что на сменном интервале в среднем 58% дисперсии содержания меди в руде обусловлены закономерными изменениями, а на суточном - 36%, в этой связи устранение ее влияния при управлении качеством будет весьма существенным.

Частотный спектр колебаний показателей качества исследован с помощью спектрального анализа.

В случае дискретной выборки спектральная плотность оценивается с помощью периодограммы. Результаты показали, что колебания с периодами до 4 суток оказывают наибольшие влияния на дисперсию показателя меди.

Это позволяет обосновать целесообразный интервал принятия управляющих решений, который должен быть короче характерных периодов колебаний.

Для оценки эффективности мероприятий по стабилизации качества руды, подаваемой на обогатительную фабрику, исследовано влияние изменчивости качества на показатели обогащения.

Содержание меди в руде, ее колебания и потери меди в хвостах связаны зависимостью:

Сихв= 0,0125 + 0,108 Си + 0,143 сси.

Частный коэффициент детерминации ч = 0,34.

Объем выборки - 270 опытов.

Следовательно, совокупное влияние только этих двух факторов на изменение содержания меди в хвостах составляет 34%.

Результаты показывают, что изменчивость меди оказывает большее влияние на потери ее в хвосты, чем содержание в руде.

Таким образом, одним из необходимых условий повышения эффективности работы обогатительной фабрики является уменьшение колеблемости качества подаваемой руды.

Для исследования управления качеством руд при формировании рудопотоков необходимо знать, как изменяется колеблемость качественных показателей по рудопотоку при смешивании партий руды из различных забоев. В производственных условиях решение этой задачи весьма затруднительно по организационным и техническим причинам. Поэтому представляется целесообразным использование метода имитационного моделирования.

Универсальная система имитации рудопотоков строится из унифицированных емкостных и транспортирующих элементов, объединяемых в различные комплексы, которые позволяют моделировать качественные показатели рудной массы и их изменения при формировании систем рудопотоков с цикличной, поточной или циклично-поточной технологией. В качестве общей математической модели описания унифицированных элементов, позволяющей учесть специфику функционирования систем рудопотоков, использованы формальное описание агрегата и теория агрегативных систем.

Модельная схема отображает работу добычного и транспортного комплексов, а также работу технологической цепи крупного дробления и самоизмельчения.

С помощью имитационных экспериментов исследовано влияние на колеблемость качества в рудопотоке следующих факторов:

- изменчивость качества руды в забоях;

- соотношение мощностей звеньев горнотранспортного комплекса;

- колебания сменной производительности рудника.

Результаты экспериментов для условий технологической

схемы добычи, транспорта и дробления ГОКа "Эрдэнэт" (рис.6) показали, что по технологической цепи происходит уменьшение колеблемости качества от забоя до склада мелкодробленой руды примерно в 4 раза.

Анализ влияния количества автосамосвалов показывает, что достаточно введения 10-15% резерва для исключения воздействия этого фактора.

Наибольшее влияние на изменчивость качества в рудопотоках оказывают отклонения от плановой сменной производительности рудника, причем отклонения свыше 20% приводят к возрастанию колебаний качества в квадратичной зависимости.

Приведенные исследования явились базой для создания непрерывной комплексной системы управления рудной массой на основе геометризапии месторождения. Система включает долгосрочное, текущее и оперативное планирование на базе технологической оценки руд месторождения и горно-

геологической сложности участков, а также оперативное управление, реализующее разработанные планы.

При неудовлетворительном состоянии оперативного планирования и управления могут быть сведены на нет все положительные решения, заложенные на долговременные периоды.

Результаты комплексных исследований месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо" позволили реализовать подход к совершенствованию управления горными работами, который заключается в учете закономерностей изменчивости качества, соотношения типов руд и амплитудно-частотных характеристик рудопотоков для определения оптимальных направлений отработки эксплуатационных блоков, а также достижение требуемого уровня стабилизации качества.

Эти выводы легли в основу предложенной структуры и состава задач оперативного планирования и управления горными работами и обоснования интервалов управления стабилизацией качества руд (рис. 7).

Для оценки эффективности оперативного планирования предложен критерий, характеризующий временную и пространственную колеблемость качественных показателей добываемой руды. Использование такого критерия для стабилизации качества добываемой руды в течение продолжительных периодов обеспечивает благоприятные условия для стабилизации качества руд.

Предложенный критерий минимизирует результирующую внутриблоковую и межблоковую дисперсию: т

Dt = Г Dt = (ob6t2 + crm6t 2) -> min, t=i

0.20

0.15

0.10

0.05

.2 3

12 14 16 1в 20 22 к

0.5 10 15 2.0 г <7.

0.08

0.16

0.24 0-„

изменение количество овтосомосволов,n колебония сменной производительности,(7,

изменчивость качЕСтва руды в блоке,аш

о

1"в приемном бункере ККД;

2-в склоде крупнодробленой руды;

3-В склоде мелкодробленой руды.

Рис. 6 Влияние изменчивости различных фокторов но колебония КОЦЕСТВа В рудопотоке

у/ ■''¿/У//// и

месячный план ,

/ / ' горных робот - у

/У/ У.\//„- /, /,

иУ7777777777\

г НЕДЕ/ЬНОЕ П/ЮНИРОВаНИЕ/ ГООНЫХ РОБОТ >

\//////<\У// л

Рис, 7 СхЕма опЕРативного планирования и упровления горными работами

где - дисперсия показателя качества руды за период

планирования Т;

N1 N1

СГвб1 2 = 2 СТщ2 • Рщ / 2 Рщ ,

п—1 п=1

Ствб2 - внутриблоковая дисперсия показателя качества

руды;

n1

-Рщ "Рп - запасы руды п - го блока;

П=1

1 N1 №

Стмб( 2 = -2 (ат - )2 -Р щ /2 Рт ,

п=1 п=1

где Смб2 - межблоковая дисперсия показателя качества руд;

ссщ, - соответственно, средние содержания показателя качества в одном блоке, по всем блокам.

Учитывая, что в дисперсии показателя качества закономерная доля составляет около 60% , предложенный критерий обеспечивает существенное повышение стабильности качества добываемой руды на оперативном интервале путем выбора оптимального сочетания блоков и направлений их отработки.

Оценка изменчивости качественных показателей при различных направлениях отработки блоков производится на основе данных опробования скважин из базы геолого-маркшейдерского обеспечения. Эта задача решается в недельных контурах горных работ, направления отработки корректируются в зависимости от возникшей проблемной ситуации. С учетом

того, что преобладающие колебания качества имеют период до 4 суток, принимаемые управляющие воздействия обеспечивают наиболее эффективное снижение колебаний качества.

Таким образом, разработанные математические модели задач оперативного планирования и управления существенно отличаются от известных ранее критерием оптимизации и выбором направления отработки блоков, обоснованием оптимального интервала принятия решений. Кроме того, предложен новый алгоритм определения планируемых контуров горных работ (рис. 8).

Для уточнения пространственного размещения контуров горных работ, обеспечивающих требуемые объемные и качественные показатели, вместо "прирезок" постоянной ширины разработан алгоритм "обратного набора" с использованием метода сеток и интерполяцией в узлах сетки значений качества по данным опробования ближайших скважин. Это позволяет существенно повысить точность решения задачи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе научно обоснована и разработана комплексная непрерывная динамическая система управления рудной массой, внедрение которой вносит значительный вклад в решение проблемы максимального использования минеральных ресурсов за счет полноты извлечения полезных компонентов.

Наиболее существенные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем.

1. Разработана методология научно обоснованного подхода к созданию комплексной непрерывной динамической системы управления рудной массой (рис. 1), включающая:

Интерполяция зночения покозотеля кочество в точке А (метод обротных расстояния)

Схемо уточнения запасов (метод сеток)

х А

БЕзрудная тонка сетки

удная тонка сетки

>

У

Рис. 8 Определение контуров оптимальной отроботки при оперативном планировании

а) структурно-вещественный анализ рудной массы, позволяющий по показателям обогатимости обоснованно выделить, типы и сорта руд и произвести картирование месторождения;

б) геолого-технологический анализ неоднородной рудной массы, позволяющий районировать месторождение по участкам различной сложности;

в) оценку изменчивости качественных показателей по блокам и определение оптимального направления отработки по наименьшей изменчивости качественных показателей, что снижает их дисперсию в добываемых рудах;

г) выявление случайной и закономерной составляющих колеблемости качества при формировании рудопотоков, учет влияющих факторов на извлечение металлов и их взаимосвязей, что обеспечивает достижение максимальной степени стабильности качества руды, подаваемой на обогатительный передел.

2. Выявлены закономерности: пространственного размещения типов и сортов руд; снижения содержания меди в руде с глубиной и от центра к периферии месторождения; степени раскрытия медных сульфидов и прогноза извлечения меди от содержания готового класса крупности; извлечения меди от содержания общей меди, окисленной, свободного кремнезема, количества тектонических нарушений; содержания меди и молибдена в хвостах от их колеблемости в подаваемой руде, положенные в основу разработки методов и задач управления рудной массой.

3. Разработаны методики: технологической оценки руд; геолого-технологической классификации руд; районирования участков месторождения; определения оптимального

направления отработки блоков; оценки параметров случайной и закономерной изменчивости качества; анализа формирования рудопотоков; обоснования критерия минимизации дисперсии качества руд; определения контуров планируемых горных работ.

Разработанные методики обосновывают практическую значимость работ по управлению рудной массой на основе геометризации месторождения.

Таким образом, проведенные исследования позволили выполнить геометризацию месторождения на макроуровне и осуществить последовательный переход к геометризации на микроуровне, оконтуривая участки месторождения по критерию максимальной однородности и обеспечивая требуемую информативность признаков для эффективного управления рудной массой.

Предложенная система управления рудной массой обеспечивает подачу на переработку руд, соответствующих технологии обогащения и техническим требованиям к качеству поступающего на переработку сырья.

Система является комплексной, так как управление осуществляется на всех этапах от разведки месторождения до оперативного управления рудопотоками.

Система является непрерывной, так как управляющие воздействия осуществляются последовательно и взаимосвязанно на долгосрочном, текущем и оперативном интервалах.

Система является динамической, так как обеспечивает взаимосвязанное управление рудной массой во времени и пространстве.

4. Выполненные исследования получили практическую апробацию в следующих работах.

Разработаны методические рекомендации по совершенствованию технологической схемы СП "Эрдэнэт"; селективной добыче купритосодержащих руд в зоне Центрального разлома и изменению направления отработки запасов; выделению однородных добычных участков на основе эксплуатационной геометризации месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо", а также технико-экономические обоснования получения меди из отвалов забалансовых руд месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо" путем выщелачивания, получения металлов из медных и общих хвостов, Концепции развития СП "Эрдэнэт" до 2004 года, Концепции развития золотодобывающей и флюоритовой подотраслей и другие, обеспечившие существенное повышение технико-экономических показателей работы предприятия.

5. Экономический эффект от внедрения рекомендаций, разработанных в диссертационной работе, на горнорудных предприятиях Монголии составил более 10 млн. долл. США, ожидаемый экономический эффект на период развития горнодобывающей отрасли Монголии до 2004 года - около 150 млн. долл. США.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Отгоибилэг Ш. Геолого-маркшейдерские основы оптимизации извлечения полезных ископаемых из недр II Проблемы горнопромышленной геологии. - М.: МГИ, 1990. (в соавт.).

2. Отгоибилэг Ш. Геолого-маркшейдерское обеспечение планирования горных работ // Тез. докл. Всесоюзного симпозиума "Геомаркшейдер - 1". - М.: ВДНХ СССР, 1991. (в соавт.).

3. Отгонбилэг Ш. Критерий оптимизации при моделировании плана горных работ // Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых. - Вып. 2. - М., Недра, 1992. - С. 120-125. (в соавт.).

4. Otgonbileg Ch. Technique of determination of aberage parameters of estimation of mineral reserves XXIV, APCOM, Montreal, Quebec, Canada, oktober 31,1993.

5. Otgonbileg Ch. Planning of mineral Exploration on the Basis of Geostatistical Analysis of Mine-Geological Complexity of the Deposits APCOM, Bled, Slovenia, 20.06.1994.

6. Отгонбилэг Ш. Динамика рудопотоков. - M.: Недра, 1995. (в соавт.).

7. Отгонбилэг Ш. Геостатический анализ горногеологической сложности участков месторождения для планирования разведочных и горных работ II Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 1994. - N 5. (в соавт.).

8. Отгонбилэг Ш. Планирование геолого-разведочных и добычных работ на основе горно-геологической сложности рудных месторождений. - М.: МГГУ, 1994. (в соавт.).

9. Отгонблэг Ш. Определение природных технологических параметров, влияющих на обогатимость руд месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо". - М.: МГГУ, 1993.

10. Отгонбилэг Ш. Худрийн чанарыг жигдруулэх нь (К стабилизации качества руд) Н Хайгуулчин, МНР. - 1982. - N3. - С. 33-35.

11. Отгонбилэг Ш. Худрийн чанарыг жигдруулэх шалгуур узуулэлтийг сонгох асуудал (Выбор критерия показателя

стабилизации качества руд) II Техник технологийн мэдээ, МНР. -1983.-N3. С. 9-13.

12. Отгонбилэг Ш. Сглаживание функции распределения при статистической обработке выборок // Исследования по проблемам геодезии и маркшейдерского дела на горнодобывающих предприятиях Восточной Сибири. - Иркутск, 1976.

13. Отгонбилэг Ш. Влияние качества руды на извлечение металла II Вопросы рационального использования недр. - М.: ВЗПИ, 1983.

14. Отгонбилэг Ш. К вопросу повышения извлечения флюорита в концентрат // Техник технологийн мэдээ, Улан-Батор. - 1989. - N 1. (в соавт.).

15. Отгонбилэг Ш. Моделирование и управление горнорудными предприятиями. - М.: Недра, 1989. - 360 с. (в соавт.).

16. Отгонбилэг Ш. Влияние вкрапленности медных сульфидов руд месторождения "Эрдэнэтийн-Овоо" на технологические показатели // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 1995. - N 5. (N27/9-209 от 13.12.1995). (в соавт.).

17. Отгонбилэг Ш. Особенности технологической минералогии руд медно-порфировых месторождений - основа совершенствования схем рудоподготовки и флотации // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 1995. - N 5. (N27/9-210 от 13.12.1995). (в соавт.).

18. Отгонбилэг Ш. Планирование геолого-разведочных и добычных работ на основе горно-геологической сложности рудных месторождений II Комплексное освоение месторождений

твердых полезных ископаемых: Сб. научн. тр. - Вып. 3. М.: Изд-во МГГУ, 1995. - С. 128-157. (в соавт.)

19. Отгоибилэг Ш. Прогнозирование изменчивости качественных показателей руды в массиве для управления горными работами // Разработка рудных месторождений: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - Кривой Рог, 1994. - Вып. 56. (в соавт.).

20. Отгоибилэг Ш. Научные основы управления рудной массой // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М„ 1996. N 6 (N 27/9-221 от 9.02.1996).