автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование технологии и параметров межпанельного усреднения рудной массы

г " Р '1

I О 0 4

2 1 ДЕК 1ь28

На правах рукописи КУТТЫКБАЕВ Канат Калиевич

УДК 622.272: 622.34

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И ПАРАМЕТРОВ МЕЖПАНЕЛЬНОГО УСРЕДНЕНИЯ РУДНОЙ МАССЫ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки и техники России, докт. техн. наук, проф. ЛОМОНОСОВ Г. Г.

Официальные оппоненты: докт. техн. паук, проф. КОВАЛЕВ И. А., канд. техн. наук, доц. АФАНАСЕНКО Г. В.

Ведущее предприятие — институт «Гипроцветмет».

Защита диссертации состоится « 1998 г.

в . час. на заседании диссертационного совета К-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан » . 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доц. КОРОЛЕВА В. Н.

0Е5ЛЯ Х№А1ГГЕРгСТ!ЗМ РАБОТЫ.

Лгстуаяьисдт5

При современном состоянии горно-добывающей промышленности наблюдается четкая тенденция ухудшения горно-геологических условий добычи и, как следствие, снижение качества практически всех видов добываемого минерального сырья. Это происходит в значительной мере по причине естественного исчерпания богатых запасов и вовлечения в разработку более бедных руд, углубления горных работ и др,

алеете с тем, качество рудного сырья-оказывает определяющее влияние на показатели обогащения и металлургического передела. Оно такте в значительной мере формирует качество готового продукта. Известно, что технологические, а соответственно и экономические показатели перерабатывающих производств во 'многом зависят от стабильности качества рудной массы. В современных условиях при резком увеличении стоимости электроэнергии, . химических реагентов и прочих материалов проблема стабилизации качества добываемой рудной массы становится весьма актуальной.

Одним из путей повышения стабильности качества минерального сырья является его усреднение в процессе добычи. Усреднение - процесс многоступенчатый и его реализация возможна на 'разных звеньях технологической схемы рудника от очистного забоя до отгрузки руды потребителю. Причем наибольшую эффективность этого мероприятия молю достичь при внедрении усредни-тельных процессов начиная с ранних стадий формирования рудопо-токов, вблизи очтстных забоев, создавая тем самым наиболее благоприятные условия для дальнейшей стабилизации качества рудной массы. В связи с вышесказанным, задача создания новых технологий внутркрудничного усреднения и обоснования иг. параметров является актуальной. ' •

Целью работы является установление зависимостей показателей стабилизации качества рудной массы от изменчивости качества руды в недрах и от технологических факторов для создания технологий добычи, поэволякири существенно улучшить показатели обогащения.

Идая работки заключается в том, что существенного повышения уровня стабильности качества рудной массы можно достичь на базе создания межпанельного усреднительного склада.

Научиш подравшая, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- между изменчивостью и абсолютным значением содержания меди в рудном массиве существует прямая взаимосвязь, которая описывается уравнением линейного вида.

- конструкция подземного межпанельного усреднительного склада. Основным технологическим параметром склада, определяющим показатель усреднения, является его высота; увеличение высоты склада с 4 до 8м повышает коэффициент усреднения в среднем на 30-35%.

- классификация внутрирудничных способов усреднения качества рудной массы на базе места реализации процесса усреднения, позволяющая обоснованно прогнозировать ожидаемые результаты стабилизации качества добычи при различных технологиях.

Достоверность научиш пддоагаикй, еьсодоз и рши&жидзцкй диссертации подтверждается анализом исследований и обобщением опыта рудников в области стабилизации качества минерального сырья и достаточным объемом обработанного статистического материала (более 10000 замеров качества руды); высокой надежностью установленных зависимостей, характеризуемых коэффициентом корреляции (К»0,82-0,95).

Научное значеша работы заключается в установлении зависимостей природной изменчивости качества руды от содержания полезного компонента в недрах и коэффициента усреднения руды в межпанельном штабельном складе от его параметров и количества входных рудопотоков.

Практическое значеикэ работы состоит в разработке технологии добычи руд с межпанельным усреднительным складом, обес-

печивающей значительную стабилизацию качества рудной массы, что позволит получить дополнительную прибыль за счет повышения выхода медного концентрата.

Рсзл}2гэд!Я! гыюгрз п ре»то«эидаций работи Результаты исс- • ледований используются в учебном процессе кафедры ТПР Московского государственного горного университета и кафедры ПРМПИ Жез-казганского университета. Для условий Кезказганских подземных рудников предложены мероприятия, обеспечиваю:цие повышение однородности состава рудной массы.

Ащя&мдгз геШотм. Основнне г!оло»еш;я диссертации и результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на симпозиуме "Современное горное дело: образование, наука, промышленность" (Москва, ■ Московский государственный горный университет, 29.01-2. 02.1997г.), на мелдуиародной научной конференции "Научно-технический прогресс - основа развития рыночной экономики" (Караганда, Карагандинский государственный технический университет, 1997г:), на международной научно-техни-. ческой конференции "Проблемы освоения, разработки и переработки полезных ископаемых на месторождениях Еезказгзнского региона" (Кезказган, Ееэказганский университет, 1997г.), на научно-технических семинарах кафедры "Технология подземной разработки руд" Московского государственного горного университета (Москва, 1995-1998гг.), кафедры "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" )1!езказганского университета (Бэзказган, 1996-1998гг.).

Пуйяааздаь По результатам выложенных исследований опуб-• ликовало 2 статьи,

Сбъея ^зЛштл Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, со держит рисунков, // таблиц, список литературы из наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Одним из основных требований, предъявляемых потребителями к минеральному сырью.является обеспечение высокой стабильности его качества. Это вызвано тем,' что современные обогатительные фабрики представляют собой высокоинерционные системы, работающе наиболее эффективно в постоянном режиме. Экономический эффект от снижения колеблемости качества сырой руды достигается за счет увеличения выхода концентрата, предопределяемого повышением извлечения металла в концентрат и снижением потерь металла в хвосты обогащения.

Проблеме стабилизации качества минерального сырья посвящены труды академиков Агошкова М. И. , Ржевского В. В. , Мельникова И. В. , д. т. н. Аэбеля Е. И. , Бастана П. П. , Вызова К Ф. , Грачева Ф. Г. , Гудкова В. М. , Зарайского Е Е , Ершова В В , Каплунова Д. Р. , Ломоносова Г. Г. , Школьникова А. Г. , к. т. н. Арсеньева С. Я , Волошина К К , Жигалова М. Л., Манилова И. А. , Прудовского А. Д. , Эрперта А. М. и многих других ученых и инженеров.

Практика подземных рудников показывает, что колебания качества рудного сырья, отгружаемого потребителям, весьма значительны. Так, для руд цветной металлургии коэффициенты вариации среднего содержания полезных компонентов составляют. 50-100%.

В диссертации решались следующие задачи:

- анализ исследований и опыта применения стабилизации качества руды на горно-добывающих-предприятиях;

- исследование изменчивости качества руд в массиве и трансформации качества рудной массы в процессе горных работ;

- разработка конструкции и обоснование параметров межпанельного. усреднительного склада .рудной массы;

- систематизация внутрирудничных способов усреднения руды;

- технико-экономическая оценка эффективности технологических схем добычи с усреднением руды в межпанельных складах.

Исследования проводились применительно к условиям Жезказ-ганского месторождения, которое характеризуется следующими природными факторами: угол падения рудного тела колеблется от О до 30 градусов, достигая на флексурных участках 70-90 градусов; глубина залегания рудных тел, отрабатываемых подземным способом меняется от 240 до 450 метров, а мощность от 1,5 до

20 метров и более; руда и вмещающие породы относительно устойчивые,

Дяя разработки залежей мощностью до 7 метров применяется камерно-столбовая система с отбойкой безуступным забоем, а при мощности до 16-18 метров - та же система, но с двухслойной выемкой. Флексурные зоны отрабатываются камерной системой разработки с последующей твердеющей закладкой выработанного пространства. Около 85% запасов от общего объема добывается камерно-столбовой системой, з том числе более 55% - с двухслойной вкемкой.

Анализ ранее проведенных исследований по работе Жезказ-ганских обогатительных фабрик показал, что гачество минерального сырья непосредственно влияет на извлечение металлов в концентрат. Так, с повышением содержания меди в исходной руде на 0,1% повышается его извлечение в концентрат на 1%. В то же время, на эффективность обогащения существенное влияние оказывает изменчивость качества дсбьгтой рулы. Например, снижение показателя среднекяадратичэского отклонения поступающей на переработку руды с 0,2 до 0,15-, приводит к повышению выхода модного концентрата на 1,22.

Для установления фактической колеблемости качества в рудном массиве, нами были проведены исследования на подземных рудниках Е^зказганского месторождения. Исследованиями были охвачены все действующие панели на всех подземных рудниках за период с сентября 1996 года по март 1997 года. ' В качестве исходного материала о качестве руды использовались дакниз геологического опробования геофизических служб рудников.

Полученные, та'сим образом, значения содержаний полезных |«;мпонен?ов были обработаны методом математической статистик.«. В результате, были установлены еладующие показатели оценки изменчивости качества руд-, среднее содержание толезного хомпо-нентз по панелям; среднеквадратическое отклонение; показатель контрастности и коэффициент вариации. Анализ полученных результатов показал, что в 62,4% из всех исследуемых панелей руда обладает значительной изменчивостью (показатель среднеквад-ратического отклонения 0 > 0,6 ), в 17,8% панелей - руда средней изменчивости ( 0,4 < б < 0,6 ), и в 19,8% панелей - низкой изменчивости ( б < 0,4 ). Причем сам показатель среднеквадра-тического отклонения менялся от 0,07 до 4,58. По шахтам этот

- 6 -

показатель распределился следующим образом:

шахта "Анненская" - б = 0,31-2,36

шахта 57 ВЖР - б = 0,16-4,58

шахта 57бис ВЗКР - 0 = 0,53-1,15

шахта 67 ЩР ' - б = 0,43-2,75

шахта 65 КЖР - б = 0,11-3,75

шахта 45 КЖР - б - 0,17-1,25

шахта 55 ЗЖР - б = 0,07-1,67.

На основе полученных результатов- были построены графики зависимостей среднеквадратического отклонения содержания полезного компонента в недрах от абсолютных значений содержания, как по всему месторождению, так и по отдельным шахтам. Коэффициенты корреляции при этом составили Н=0,82-0,95. График зависимости. ' характеризующий все месторождение показан на рис. 1 и апроксимируется уравнением вида

у = 1,0966х - 0,1893.

При этом коэффициент корреляции - 0,8669.

Из графика следует, что с увеличением среднего содержания полезного компонента в недрах с 0,5% до 1%, показатель среднеквадратического отклонения возрастает с 0,36 до 0,91. Это объясняется сложным внутренним строением рудных залежей, выраженных чередованием балансовых и забалансовых руд с вмещающими породами. Так, залежь Кресто 3-1 шахты 57 ВЖР отрабатывается тремя панелями, среднее содержание меди в которых колеблется от 0,6 до 1,62%, а среднеквадратическое отклонение - от 0,21 до 1,58. В свою очередь, в этих панелях' добыча ведется в 17 забоях со средним содержанием от 0,45 до 3,36%, т.е. размах колебаний составляет 2,91%. Такое положение характерно и для других шахт. Следовательно, неоднородность качественного состава добываемых руд объясняется высокой изменчивостью полезного ископаемого в недрах.

При ведении горных работ, происходит трансформация показателей изменчивости качества рудного сырья, поскольку процессы очистных работ (отбойка, доставка, выпуск и транспортирование руды) обладают определенной усреднительной способностью. Ранее экспериментальным путем были установлены значения коэффициента усреднения, для каждого из вышеназванных процессов

Рис.1. Взаимосвязь изменчивости и абсолютного значения содержания меди в рудном массиве.

очистной выемки в условиях Кезказгаиских рудников. Вместе с. тем, анализ результатов деятельности подземных рудников показывает, что ныне существующие технологии добычи руд не обеспечивают необходимый уровень однородности качества рудной массы, что предопределяет необходимость внедрения дополнительных мер по стабилизации качества руд в призабойном пространстве.

Из современных технологий формирования качества руды при применении систем разработки, для которых характерно наличие значительного объема выработанного пространства, перспективным представляется усреднение на подземных штабельных складах. Это обусловлено тем, что при последующих технологических процессах транспорта и переработки руды за пределами рудника реализация усреднитежь них процессов становится более трудоемкой, так как:

а) имеет место уже сформировавшийся рудопоток;

б) необходимо управлять большими объемами рудной массы;

в) возникает необходимость строительства больших усреднительных сооружений.

Создание подземных усреднительных складов дает возможность для эффективной стабилизации рудной массы в непосредственной близости от очистных забоев. К тому же, здесь происходит смешивание руд в относительно малых дозах (ковш ГЩМ, кузов автосамосвала), что улучшает ее перемешивание и способствует сглаживанию высокочастотного спектра колебаний, т. е. тех колебаний, которые непосредственно влияют на технологию обогащения. Кроме усреднительной, такой склад будет выполнять и аккумулирующую функцию, поскольку в резерве (в штабелях) всегда будет находиться достаточно большой объем руды. При вынужденных простоях, заскладированная руда в любой момент может быть включена в рудопоток. Это создаст благоприятные условия для гибкой' и динамичной работы рудника.

Проблеме создания подземных усреднительных складов в условиях Жезказганских рудников посвящены работы к. т. н. Игисино-ва Ж. Т. Им была проведена опытно-промышленная проверка работы подземного внутрипанельного усреднительного склада. Степень усреднения при этом составила 2,5. Производственный эксперимент подтвердил результаты математического моделирования по эффективности функционирования такого склада. Тем самым было доказано, что подземные усреднительные склады рудной массы об-

лздают достаточно высокой стабилизирующей способностью, применение их практически еозможно и экономически целесообразно.

Вместе с тем, рассматривая вопрос с позиции дальнейшего совершенствования технологии внутрирудничного усреднения следует отметить, что внутрипанельный склад обладает относительно . небольшой в объемах рудника емкостью. Такой склад имеет возможности управления лиеь в объемах одной панели и при относительно узком диапазоне качества руды.

В диссертации предложено создание ыежпанельного склада на базе нескольких блпзлехащх панелей, тем са.там расширив диапазон содержания металла в усредняемой руде. Это позволит улучшить условия управления процессом усреднения и пспыс;:ть тг:.;пы формирования склада. Принципиальная технология складирования на таких складах може'/ быть двух видов: с укладкой рудной массы наклонным}! или горизонтальными слоями.

Для йормирования склада с наклонными слоями рекомендуется использовать отработанную панель, добыча в которой' велась ка-мэрно-столбовой системой разработки двумя слоями, с верхней подсечкой и уступом. Такой вариант отработки позволит формировать усреднительный птабель отсыпкой рудной массы с откоса уступа. Представляется целесообразным создание двухптабельного склада в панели, тогда один штабель будет находится в стадии формирования, а другой в стадии разгрузки, что позволит вести процесс стабилизации в динамичном режиме (рис.2).

Отгрузка руды 13 склада долина вестись с 'торца штабеля перпендикулярно направлению слоев. При этом усреднение рудной массы будет происходить как за счет того, что коеш погрузчикл обладая большей сириной, чем толщина слоя захватывает руду сразу из нескольких слоев, так и потому, что при отсыпке штабеля рудная масса скатывается под углом естественного откоса, в результате чего происходит ее перемешивание.

Следует отметить,, что особенностью подземных учредительных складов, в отличие от складов'на поверхности рудника и при обогатительных фабриках является то, что в штабель должна укладываться рудная масса, имеющая крупность характерную для взрывной отбойки. А это значит, что в штабелях с наклонными слоями будет иметь место явление сегрегации рудной массы по крупности (скопление сравнительно крупных кустов рулы у основания штабеля). Ранее проведенными исследованиями для медных

{// I / / / / / / /V / / ЛА' / ///////

100-150

А-А

Рис. 2. Межпанелышй двухштабельный усреднитедьный склад рудной массы.

руд Еезказганского месторождения не установлена взаимосвязь содержания металла и крупности кусков рудной массы. Это погво ляет предположить, что сегрегация на складе рудной массы по крупности материала не Будет сопровождаться существенным изменением усреднительных возможностей межпанельного склада с наклонными слоями.

В диссертации для обоснования рациональных параметров межпанельного склада с наклонными слоями использовалась компьютерная модель штабельного стада. Используя машинную программу и исходные данные об изменчивости качества во входных панельных рудопотоках, было промоцрлиронало функционирование межпанельного усреднительного склада, в результате чего установлены величины коэффициентов усреднения прч различной высоте штабеля и количестве входных рудопотоков (табл. 1).

Таблица 1.

Коэффициенты усреднения межпанельного склада при различной высоте штабеля и количестве входных рудопотоков.

Высота штабеля, м Коэффициент усреднения

Панель 12 Панели 12, 70

3 5 7 1,49 2,20 2,57 1,60 2,25 2,65

Панель 70 Панели 70, 71

3 5 7 1,62 1,89 2,44 1,75 1,97 2,75

Панель 71 Панели 12, 71

3 5 7 1,74 2,32 2,59 1,86 " 2,51 2,94

Для моделирования входного рудопотока использовали результаты

измерений содержа}»;« меди в автосамосьалах, доставлявших рудную массу из панелей участка W 11 шахты 65 Кйзю-Яйзказгансюто рудника в течение первых смен августа месяца 1992 года. На рис. За приведены графики зависимостей коэффициента усреднения качества (Ку) от высоты штабеля (Н) для различных значений ширины сггабеля (В). Уравнения зависимостей имеюг вид: для В = 10м, Ку = 0,94 + 0,2511; для В » 15ы, Ку = 0,98 + 0,2611; дня В - 20м, Ку = 1,00 + 0,2611

На рис. 35 приведены графики зависимостей величины (Ку) от высоты штабеля (Н) для различного количества рудопотоков поступающих на усреднительный склад из очистных панелей. Эти зависимости в диапазоне рассматриваемых высот пггабеля являются дшейиьащ.-

при постуллоши: рудной массы на склад из одной панели Ку - 0,95 + 0,2311,

из двух панелей

Ку = 0,95 + 0.26Н.

Iis по.гуч-.зниых графиков следует, что определяйте влияние на степень усреднения рудной массы оказывает высота усредни-тольного окладе- Так при увеличении высоты штабеля с 4 до 8м коэффициент усреднения возрастает примерно с 2 до 3. В то яе время при камэрно-столбовой системе разработки с двухслойной выемкой высота уступа, с которого может отсыпаться штабель рудной массы меняется от 4 до 7м. Соответственно высота склада составит 4-7м.

Известно, что рудоспуски являются действенными средствами стабилизации качественного состава руды. Поэтому количество забоев приходящихся на один рудоспуск влияет на степень усреднения рудной массы. Для подземных рудников АО "Кезказганцвет-ыет" фактическая усреднительная способность рудоспуска изучена недостаточно. Поэтому в диссертации были выполнены такие исследования. В качестве объекта был выбран рудоспуск 7бие шахты 55 Западно-Еезказганского рудника, в который доставляли руду из нескольких панелей. Для чистоты эксперимента рудоспуск был предварительно полностью освобожден от руды, была оставлена только рудная "подушка", согласно правил ТБ. Перед загрузкой рудоспуска, из кузова автосамосваяа отбиралось 10-15 проб из

У

2.3 2.6

2.4 2.2

2

1.8

1.6

1.4

1.2 1

Ку 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2

а)

В=20м, КУ=1,0-Ю,257Н

/"X

В=15м, Ку=0,98+0,26Н В=10м, КУ=0,94+0,25Н

О 2 4 6 8 Нм

б)

/

/

Ку=0,95-Ю,2бН (2 попели)

КУ=0,95+0,23Н (1 панель)

О

2 / 4

3 II,М

Рис.3. зависимость показателя усреднзния (Ку) от высоты табеля (Н)

а) для разной ширины табеля (В),

б) при изменении количества входных рудопотоков.

кузова автосаюсваяа по схеме "конверт". Затем с помощью реит-гепо-радиометрического прибора РРК-103"Поиск" замерялось со-, держание меди в этих пробах. Одновременно на концентрационном горизонте у опрокидывателя брали пробы из вагонеток, доставлявших руду из изучаемого рудоспуска, за исключением первого состава, в который попала руда из "предохранительной подушки". Необходимо сказать, что емкости кузова автосамосвала и вагонетки примерно сопоставимы (10-12 м. куб.), т.е. замеряемые порции руды в вагонетках и самосвалах практически одинаковы, что необходимо для получения достоверных результатов при последуюаих расчетах. На основе данных опробования были расчи-такы среднеквадратические отклонения рудопотока на входе в рудоспуск (6=1,73) и на выходе (6=1,22). При этом коэффициент усреднения рудоспуска составил:

1,73

К/ = - = 1,42.

1,22

Б диссертации были проанализированы схемы формирования рудопо-токсзк на всех подземных рудниках. Для этого были использованы дайяке ьодчнт объемов добычи руды за период с сентября 1996 года по ;.!арт 1397. Шобходимо было установить количество действующа рудоспусков, а также панелей и забоев и влияние этих Факторов на конечные результаты.

Ь итоге оказалось, что на момент проведения исследований на всех подземных рудниках находилось в эксплуатации: 17 рудоспусков, обслуживающих по 1 панели, 11 рудоспусков -'по 2 панели, 5 рудоспусков - по 3 панели, 5 рудоспусков - по 4 панели, , 2 рудоспуска - по 5 панелей, 1 рудоспуск - 9 панелей, т.е. 58,6% от общего количества рудоспусков обслуживает 2 и более панелей. Если учитывать количество добычных забоев в панелях, то моино выделить 61% рудоспусков, на которые приходится от 5 до 35 забоев, т.е. количество забоев значительно превышает количество рудоспусков. Анализ подученных результатов позволил сделать вывод о том,. что ка подземках рудниках АО "ЖезказганцЕетмет" имеется определенные резервы для повышения стабильности качества руды за счет оптимизации рудспотокоз поступавших в рудоспуски и

обеспечения рационального режима загрузки и выпуска рудной массы в рудоспусках.' Для этого необходимо определить последовательность и объемы доставки добытой руды из конкретных очистных забоев для каждого рудоспуска, что можно решить известными методами линейного программирования.

На основе изучения исследований в области подземного усреднения, а такяе опыта передовых предприятий, с учетом наших предложений по применению мемланельных штабельных складов в диссертации разработана классификация внутрирудничних способов усреднения качества рудной массы (табл. 2), основным классификационным признаком которой является >«есто реализации усреднения. Для каждого вида усреднения характерны определенные средства усреднения, эффективность которых зависит от ряда присущих им факторов. Даны укрупненные количественные значения показателей стабилизации для разных способов усреднения. Эта классификация позволяет с достаточной степенью надежности прогнозировать ожидаемые результаты обеспечения однородности качества руды в рудопотоках при различных технологиях добычи л усреднения.

Для оценки экономической эффективности межпанельного усреднения рудной массы был принят критерий максимума прибили, получаемый при переработке руды стабильного качества, который имеет вид:

Э = Цк-дМ - Здоп,

где Э - экономическая эффективность, усл. ед.; Цк - цена 1т медного концентрата, усл. ед.; дМ - дополнительно извлеченный медный концентрат при переработке рудной массы стабильного качества, усл. ед. ;

Здоп - дополнительные затраты, связанные с внедрением в технологию добычи усреднительных процессов, усл. ед.

Создание межпанельных усреднительных складов естественно потребует дополнительных финансовых затрат. В то же время, в результате осуществления мероприятий по усреднению значительно повышается однородность качественного состава перерабатываемой руды, что позволит улучшить качество и увеличить выход медного концентрата.

Для укрупненной оценки эффективности межпанельного усреднения в диссертации были проведены расчеты, которые показыва-

Таблица Z

Класскфикаща внутрирудничных способов усреднения кзчестза рудной wscch

îiscTO реализации процесса усреднения Средства усреднения Основные (факторы, злиявдие на усредкедке Откосит. коэфф. усреднения, Ну

Э к cd & о >> 8 s Ф го W ¡8 I. Енутрипанелъное усреднение 1. Взркзная отбойш 2. Шгрузочно-доста-вочный комплекс 3. ЕчутрипаяельныД ус р е да кт е ль н ий • склад Способ, параметра отбойки к конструкция заряда 121 Ьатости ковпа Щц, iсурова а/сашсвала, ici ссзтнсяэоде. Способ формцюаанкя а параметры склада, порядок отгрузки РУДНОЙ UiCClJ. 1,1 - 1,3 1,1 - 1,55 1,5 - 2,5

II. Ыаетанэльное усреднение 1. Шгрузочко-доста-вочный Koicizeitc 2. Цэжпанельный усреднительный склад 3. Рудоспуски Еыгасть ковш 1Щи, куосва а/са)лссвала, их соотношкие. Способ форхз:р-;:я, паражт-ры и количество склздоь, порядок отгрузки p. К. Параметры рудоеnycica, режа« загрузки и выпуска р. и. 1.1 - 1,35 1,5 - 3,0 1.2 - 1,76-

III. Усреднение в сколоствольном дворе 1. Электролизный состав .2. Подзеииый бункер 3. !Ь/,ае;д1ыЛ дро-бигьнкй комплекс 4. Скипу Емкость и кол-во ?агсие';ок в составе, кол-во составов. Конструкция и еькос?з> бункера. Конструкция и розда гзАэти гробильпого Kaizir.iKza. ЬМЯОСТЬ С12Ш0В. 1,1 - 1,25 1,5 - 2,5 1,0 - 1,1 1.0 - 1,1

IV. Усреднение на поверхности рудника 1. ПоверхкостлиД буккер 2. Еелеэнсдороайы« состав 3. Эстакадный склад 4. тгабелЕьай с;изд Иоь'струкцкя и буя хера. SàîKGCTb и 1ИЛ-ЕО ДУЖКарОВ з ж/д составе, кол-во и ор-ган-цкя движения составов. Способ Ооркмрозажгя и параметры склада, порядок -с j грузки рудной »йюси. 1.5 - 2,5 1,1 - 1,3 2.0 - 6,0

ют, что стабилизация качества руды на межпанельном складе увеличит выход медного концентрата на 2,4%. При существующих мировых ценах на медь, с учетом дополнительных затрат экономическая эффективность предлагаемой технологии составит порядка 16 тенге/т добытой руды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой получено решение актуальной задачи обоснования технологии и параметров межпанельного усреднения качества рудной массы при подземной добыче на основе установления зависимостей усреднительной способности межланелыюго штабельного склада от природных и технологических факторов, позволяющее существенно повысить стабильность качества добываемого рудного сырья.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Исследован уровень изменчивости качества руд в массиве на Жезказганском месторождении. Показатель среднеквадрати-ческого отклонения по отдельным участкам меняется от 0,07 до 4,58, что характеризует сложность природных условий обеспечения стабильности качества продукции горного производства.

2. Установлена зависимость между изменчивостью и абсолютным значением содержания меди в рудном массиве, которая описывается уравнением линейного вида.

3. Исследованы схемы формирования рудопотоков на подземных рудниках АО "Жезкаэганцветмет". Установлено, что 61% из всех действующи рудоспусков обслуживает 5 и более забоев. Это позволяет сделать вывод о том, что на Жезказганских рудниках имеются определенные резервы повышения стабильности качества руды за счет оптимизации рудопотоков, поступающих в рудоспуски.

4. Разработана технологическая схема добычи с межпанельным усреднением рудной массы в штабельном складе при камерно-столбовой системе разработки, обеспечивающая 'значительное снижение изменчивости качества руды, что создает условия увеличения выхода медного концентрата при обогащении.

5. Проведено компьютерное моделирование функционировании

межпанелыюго усреднительного склада с наклонными слоями, в результате которого установлены зависимости усреднительной способности "склада от параметров штабеля и количества входных рудопотоков. Основное влияние на степень стабилизации оказывает высота усреднительного склада. Исходя из результатов компьютерного моделирования и практических условий отработки, предложены рациональные параметры межпанельного штабельного склада рудной масса.

6. Разработана классификация внутрирудничных способов усреднения, основным классификационным признаком которой является место реализации усреднительных процессов. На основе классификации возмодно обоснованное прогнозирование ожидаемых результатов стабилизации качества руды в рудопотоках для различных технология добычи и усреднения.

7. Экономический эффект от внедрения результатов исследований достигается за счет получения дополнительного мэталла при обогатительном процессе и составляет порядка 16 тенге/т рудной массы.

кагахэнкз дкссортац^ч слубик^етгали в слэду^з

работав:

1. Зз^идасз! Л. А., Кутшгблэв ¡1 К. Исследование природной изменчивости качества руды на подземных рудниках АО "Кгзказ-ганцветыет". Сборник трудов международной научной конференции. Караганда, 1997, с, 138-140.

2. Зе&гулл^зз А. А., Кутмйасп К. К. Исследование возможности межпанельного усреднения рудной массы. Сборник трудов меддународной научно-технической конференции. Ейзказган, 1997, с. 188-191.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КУТТЫКБАЕВ КАНАТ КАЛИЕВИЧ

УДК 622.272:622.34

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПАРАМЕТРОВ МЕЖПАНЕЛЬНОГО УСРЕДНЕНИЯ РУДНОЙ МАССЫ

Специальность 05.15.02 - «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Засл. деятель науки и техники России, докт. техн. наук, проф. ЛОМОНОСОВ Г.Г.

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕН!®,..........................................................4

ГЛАВА 1. Общее состояние вопроса, обоснование цели и

задач исследований............................... 7

1.1. Стабилизация как элемент управления

качеством руд..............................____ 7

1.2. Значение стабильности качества минерального сырья......................................... 15

1. 3. Обзор исследований в области стабилизации

качества добываемого сырья........................24

1. 4. Стабилизация качества рудной массы

на рудниках.......................................31

1. 5. Цель, задачи и методы исследований............ 48

ГЛАВА 2. Исследование изменчивости качества руд....................50

2.1. Количественные показатели оценки изменчивости

качества рудной массы.......................................50

2. 2. Методика оценки изменчивости качества

полезных ископаемых в недрах.................. 58

2. 3. Исследование природной изменчивости качества руд на подземных рудниках АО "Жезказган-

2. 4. Исследование схем формирования рудопотоков____ 78

ГЛАВА 3. Разработка технологии и организации межпанельного

усреднения качества рудной массы................ 91

3.1. Анализ опыта применения уереднительных

складов....................................... 91

3. 2. Технология добычи руд с применением

межпанельного усреднительного склада.......... 99

3. 3. Управление качеством руд путем оптимизации

рудопотоков.................................. 110

ГЛАВА 4. Обоснование технологии и параметров добычи руд

с межпанельным усреднительным складом.......... 115

4.1. Классификация внутрирудничных способов

усреднения качества рудной массы............. 115

4, 2. Методики оценки экономической эффективности

стабилизации качества руды............................120

4. 3, Технико-экономическая эффективность

межпанельного усреднения..................... 124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................... 127

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................ 129

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

При современном состоянии горно-добывающей промышленности наблюдается четкая тенденция ухудшения горно-геологических условий добычи и, как следствие, снижение качества практически всех видов добываемого минерального сырья. Это происходит в значительной мере по причине естественного исчерпания богатых запасов и вовлечения в разработку более бедных руд, углубления горных работ и др.

Вместе с тем., качество рудного сырья оказывает определяющее влияние на показатели обогащения и металлургического передела. Оно также в значительной мере формирует качество готового продукта. Известно, что технологические, а соответственно и экономические показатели перерабатывающих производств во многом зависят от стабильности качества рудной массы, В современных условиях при резком увеличении стоимости электроэнергии, химических реагентов и прочих материалов проблема стабилизации качества добываемой рудной массы становится весьма актуальной.

Одним из путей повышения стабильности качества минерального сырья является его усреднение в процессе добычи. Усреднение - процесс многоступенчатый и его реализация возможна на разных звеньях технологической схемы рудника от очистного забоя до отгрузки руды потребителю. Причем наибольшую эффективность этого мероприятия можно достичь при внедрении усредни-тельных процессов начиная с ранних стадий формирования рудопо-токов, вблизи очистных забоев, создавая тем самым наиболее благоприятные условия для дальнейшей стабилизации рвачества рудной массы. В связи с вышесказанным, задача создания новых технологий внутрирудничного усреднения и обоснования их параметров является актуальной.

Целью работы является установление зависимостей показателей стабилизации качества рудной массы от изменчивости качества руды в недрах и от технологических факторов для создания технологий добычи, позволяющих существенно улучшить показатели обогащения.

Идея работы заключается в том, что существенного повышения уровня стабильности качества рудной массы можно достичь на базе создания межпанельного усреднительного склада.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

1. Между изменчивостью и абсолютным значением содержания меди в рудном массиве существует прямая взаимосвязь, которая описывается уравнением линейного вида.

2. Конструкция подземного межпанельного усреднительного склада. Основным технологическим параметром склада, определяющим показатель усреднения, является его высота; увеличение высоты склада с 4 до 8м повышает коэффициент усреднения в среднем на 30-35%.

3. Классификация внутрирудничных способов усреднения качества рудной массы на базе места реализации процесса усреднения, позволяющая обоснованно прогнозировать ожидаемые результаты стабилизации качества добычи при различных технологиях.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

диссертации подтверждается анализом исследований и обобщением опыта рудников в области стабилизации качества минерального сырья и достаточным объемом обработанного статистического материала (более 10000 замеров качества руды); высокой надежностью установленных зависимостей, характеризуемых коэффициентом корреляции (Я=0,82-0,95).

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей природной изменчивости качества руды от содержания полезного компонента в недрах и коэффициента усреднения руды в межпанельном штабельном складе от его параметров и количества входных рудопотоков.

Практическое значение работы состоит в разработке технологии добычи руд с межпанельным усреднительным складом, обеспечивающей значительную стабилизацию качества рудной массы, что позволит получить дополнительную прибыль за счет повышения выхода медного концентрата.

Реализация выводов и рекомендаций работы Результаты исследований используются б учебном процессе кафедры ТПР Московского государственного горного университета и кафедры ПРМПИ Жезказганского университета. Для условий Зйезказ ганских подземных рудников предложены мероприятия, обеспечивающие повышение однородности состава рудной массы.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на симпозиуме "Современное горное дело: образование, наука, промышленность" (Москва, Московский государственный горный университет, 29. 01-2. 02.1997г.), на международной научной конференции "Научно-технический прогресс - основа развития рыночной экономики" (Караганда, Карагандинский государственный технический университет, 1997г.), на международной научно-технической конференции "Проблемы освоения, разработки и переработки полезных ископаемых на месторождениях Жезказганского региона" (Жезказган, Жезказганский университет, 1997г.), на научно-технических семинарах кафедры "Технология подземной разработки руд" Московского государственного горного университета (Москва, 1995-1998гг.), кафедры "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" Жезказганского университета (Жезказган, 1996-1998гг.).

Публикации, По результатам выполненных исследований опубликовано 2 статьи.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. т. н., профессору Ломоносову Г. Г. за консультации по выполнению исследований, д. т. н. , профессору Зейнуллину А. А. и к, т. н. , доценту Игисинову Ж. Т. за советы и замечания по работе.

Глава 1. Общее состояние вопроса, обоснование цели и задач исследований.

1.1. Стабилизация как элемент управления качеством руд.

Подземная разработка месторождений в последние десятилетия характеризуется существенными изменениями: интенсивно увеличивается глубина горных работ, снижается содержание полезных компонентов, участки переслаивания промышленных и ранее некондиционных руд объединяются в сплошные рудные зоны, вовлекаются в эксплуатацию более бедные месторождения с широким размахом колебаний содержания полезных компонентов. Все зто приводит к ухудшению качественных характеристик добываемого сырья. В то же время , одним из основных требований, предъявляемых потребителями минерального сырья, является стабильность его качественного состава. Колебания качества поставляемой руды создают значительные трудности в ее переработке, связанные с необходимостью изменять технические режимы, что приводит к увеличению затрат на переработку, ухудшает качество продукции, снижает извлечение полезных компонентов. Вследствие этого, перед горнодобывающими предприятиями всегда стоит задача повышения стабильности качества добываемой рудной массы. В процессе горных работ эта задача может быть решена путем обеспечения усредните льных (смесительных) процессов, когда производится смешивание разнокачественных рудопотоков с целью создания однородного общешахтного рудопотока и тем самым стабилизации показателей качества. В зависимости от места и способов осуществления, а также от вида усредняемой продукции можно выделить группы процессов внутрирудничного усреднения, усреднения на складах, в бункерах, усреднения в жидкой фазе (пульпоусреднения) в специальных емкостях на обогатительных фабриках. Процесс усреднения начинается в добычном забое. В добычных забоях можно производить операции, позволяющие снизить колеблемость качественного состава руды в единичных потоках, селективную выемку руд и нерудных включений, формирование штабеля руды в забое и его отг-

рузку в определенном порядке. Колеблемость качественного состава добываемой руды можно снизить изменением направления выемки руды в массиве. Селективную выемку., а также регулирование направления выемки можно осуществлять при открытом и подземном способах разработки. В результате отбойки, погрузки в транспортные сосуды и транспортировки полезного ископаемого происходит частичное перемешивание его смежных порций. Кроме операций, направленных на снижение колебаний качественного состава единичных рудопотоков, применяются операции, повышающее однородность качества в определенных объемах добытой руды общерудничного потока. Общеизвестно, что одновременная работа нескольких добычных единиц приводит к тому, что на выходе из рудника в определенных объемах рудная масса имеет более однородный качественный состав по сравнению с рудным массивом. При прочих равных условиях уровень однородности качества сырья поступающего из рудника, тем выше, чем больше единичных рудопотоков, т. е. чем больше добычных единиц принимают участие в процессе добычи. Это обстоятельство объясняется тем, что увеличение числа рудопотоков идентично увеличению объема выборки из генеральной совокупности, В свою очередь увеличение объема выборки ведет к уменьшению отклонений выборочной средней от средней генеральной сово?:упности £443. Для стабилизации качества добытой руды в определенных объемах общерудничного потока применяют операцию регулирования производительности добычных единиц. Производительность отдельных добычных единиц планируют таким образом, чтобы обеспечить получение планового содержания усредняемого компонента в каждый выбранный интервал (смена, сутки и т.п.).

Работа рудника в режиме усреднения базируется на данных геологической информации о качестве руды в недрах, а также на оперативной информации о количестве и качестве рудной массы, отгруженной из добычных забоев и поступившей на склад или перерабатывающее предприятие. Поэтому операции опробования качества руд в недрах и на различных стадиях добычи и переработки - необходимая составная часть процессов усреднения.

Усреднение на складах осуществляют, главным образом, путем укладки материала в штабель горизонтальными или наклонными слоями и его отгрузки "вразрез слоям" т. е. в направлении, поперечном простиранию слоев. Параметры процессов усреднения на

складах характеризуются конструктивными особенностями склада, штабелеукладчика и рудозаборной машины.

В работе [763 представлены результаты математического моделирования добычных работ в режиме усреднения двумя способами, с использованием обменно-усреднительного склада и регулированием нагрузки на добычные забои. Оказалось, что при меньших приведенных затратах, 135% против 159%, степень усреднения при обменно-усреднительном складе достигла большего значения -2,97, чем при регулировании нагрузки на добычные забои - 1,45. С учетом же вероятностного характера исходной геологической информации, эти данные оказались равными соответственно 1,5 и 1,03, т.е. уровень достоверности геологической информации оказывает существенное влияние на эффективность усреднения.

Практика подземных рудников показывает, что стабильность качества добываемой рудной массы в общешахтном рудопотоке, как правило, очень низкая, особенно при разработке месторождений цветных и редких металлов из-за относительно низкого значения содержания полезного компонента, составляющего для цветной металлургии проценты или доли процентов. Это прежде всего объясняется неоднородностью распределения полезных компонентов в залежах. В связи с этим, одной из главных целей управления качеством руд на подземных рудниках является стабилизация качественного состава добываемого минерального сырья. Возможны различные варианты решения этой задачи. Например, применение селективной выемки на основе информации, полученной на стадии геолого-разведочных работ, геологического картирования и геометризации запасов месторождений. Эффективность подземной добычи руд может быть существенно повышена за счет применения средств и методов оперативного контроля качества, усреднения и предконцентрации руд технологической цепи подземного рудника. Задачи по формированию качества при подземной добыче отличаются многовариантностью решений и реализуются путем совершенствования технологий и организации горных работ, горно-транспортного оборудования, технических средств, необходимых для обеспечения управления качеством руд и т. д. Технологические решения формирования качества руд при подземной добыче с применением различных способов выемки, усреднения, рудоподготовки изложены в работах академиков Агошкова М. И. , Мельникова Н. В. , Ржевского В. В. , докт. техн. наук Азбеля Е. I. , Вызова В. Ф. ,

Бастана Е И , Грачева Ф. Г. , Гудкова В. М. , Ершова В, В. 5 Зарайского В. Н. , Каплунова Д. Р. , Ломоносова Г. Г. , Школьникова А. Г. канд. техн. наук Арсеньева С. Я , Волошина Е Е , Манилова И. А. , Эрперта А. М. , Прудовского А. Д. и других ученых.

Качество руды, выдаваемой на поверхность изменяется в результате совокупного влияния трех групп факторов, горно-геологических, технологических и организационно-технических. Первопричиной колебаний качества добываемого сырья является природная изменчивость качества руд, которая характеризуется непостоянством содержания полезного компонента как в пределах одной отдельно взятой залежи, так и различием содержания во всех разрабатываемых залежах. На степень изменения качества добываемого минерального сырья влияют содержание полезного ископаемого во вмещающих породах и наличие включений и прослоев пустых пород, вследствие чего повышается разубоживание, а это в свою очередь отрицательно сказывается на уровне колебаний качества. Известно, что при металлургической переработке руд затраты на извлечение полезных компонентов возрастают обратно пропорционально их содержанию в исходном сырье. Так, уменьшение содержания пятиокиси фосфора в фосфоритовой руде на 2% вызывает увеличение затрат на производство желтого фосфора только по одному заводу на 4. 2 млн. руб. ( в ценах 1991 года) в год. Уменьшение же зольности кокса на 1% при выплавке металла вызывает уменьшение расхода кокса на 2%. При этом расход флюсового известняка уменьшается на 2,5% и увеличивается производительность домен на 2,5% [27].

На показатели переработки оказывают влияние вредные примеси, содержащееся в исходной руде. Так при обогащении фосфатного сырья качество концентрата ухудшается с увеличением содержания вредных примесей в виде карбонатных пород. При содержании в фосфатном сырье магния более 30% и окиси углерода более 7% концентрат становится некондиционным. Аналогичное положение характерно для многих обогатительных фабрик цветной и черной металлургии.

На показатели обогащения большое влияние оказывает текстура руд. Так, на одном из эксплуатируемых месторождений свинца и цинка, �