автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка метода математического моделирования и оптимизации технологических процессов на углеобогатительных фабриках

< >

российская академия наук

ордена ленина сибирское отделение институт угля

\

На правах рукописи

УДОВИЦКИИ Владимир Иванович

УДК 51.001.57:622.7

РАЗРАБОТКА МЕТОДА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИКАХ

Специальность 05.13.10 — «Применение вычислительной

техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)».

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1992

Работа выполнена в Кузбасском политехническом институте

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор Байченко А. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Бочкарев Г. Р-

доктор технических наук, профессор Петрович С. И.

Ведущее предприятие — Кузнецкий научно-исследовательский и проектно-конст-рукторский институт углеобогащения (КУЗНИ ИУГЛЕ-ОБОГАЩЕНИЕ)

Защита диссертации состоится «7^ » 1992 г-

на заседании специализированного совета Д. 003.57.01 при Институте Угля СО РАН по адресу: 650610, г. Кемерово, Рукавишникова, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью просим направлять в адрес Совета.

Автореферат разослан «У? » 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного совета,

доктор технических наук,

профессор В. Н. ВЫЛ ЕГЖАН ИН

Актуальность темы исследования. Увеличение зольности добы-

^'»^ЛАемс го угля» ухудшение обогатимости минерального сырья» пов сгртацимр

ышз-

ние в'ыхода мелких классов» требования рынка к качеству и ассортименту угольный продуктов обусловливают применение обогащения полезных ископаемых. Современные углеобогатительные фабрики представляют сложные» многокомпонентные» комплексные предприятия» функции которых все Золее усложняются из-за роста обчемов производства» ухудшения горно-геологических условий» дальнейшего развития темники» повышения требований к максимальному использованию недр и охране окружающей среди. Объемы обогащаемых руд и углей настолько велики» что д же небольшое улучше ,ие технологических показателей приводит к существенному экономическому ач><рек- ,. Например» если повысить на 1 У, выпуск товарного продукта только на углеобогатительных предприятиях Кузбасса» то это позволит дополнително получить в год около 400000 т. концентрат».

Изучение многофакторности технологических процессов обогащения не эффективно боа использования математического моделирования» которое ра сравнению с физическим моделированием вносит гибкость» достоверность и быстроту. Прогноз» оптимизация и управление технологическими процессами переработки ископаемых за— трудняется из-за их сложности» многооперационности и недостаточной информатированности.

В зтой связи задача математического моделирования и оптимизации технологии переработки полезных ископаемых является актуальной и имеет большое народно-хозяйственное значение.

Работа выполнялась в рамках Программы АН СССР по фундаментальным проблемам геологических и горных наук: 6.2.2.4. "Комплексное использование региональных и глобальных геологических процессов и создание научных основ разработки месторождений

полезных ископаемых" и Программы СО АН СССР 12.9.1.2.3. "Разработка месторождении и обогащение половник ископаемых".

Целью работы является повышение точности прогноза гравитационных процессов переработки угля на основе раоработанной новой математической модели технологии углеобогащения.

Основная идея работы заключается в использовании взаимосвязи критериев оптимальности технологических процессов обогащения с характеристиками качества исходного сырья для управления материальным балансом углепродуктов.

Задачи исследования»

- развить математические методы дифференцированного прогно-оа фракционного состава и обогатимости угля» основанж- на аналитических закономерностях распределения фракций» по результатам акспросс-аналис пластовых проб?'

- разработать математическое описание модели влияния основных техногенных факторовI дробления» грохочения» классификации и истирания угля на изменение гра улометрического и фракционного состава ши^ты»

- идентифицировать параметры моделирующих алгоритмов и разработать программные комплексы технологических процессов углеобогащения для их исследования и оптимизации в конкретных условиях?

- обосновать критерии оптимальности и методы многовариантной оптимизации технологии углеобогащения в зависимости от назначения и требуемого качества углеп~одуктов.

Методы исследования8

- методы планирования эксперимента и факторного анализа для исследования характеристик обогатимости угля и его фракционного состава?

- методы Тромпа-Терра» Бокса-Уилсона для оценки эффектна-

ности разделения в гравитационник аппаратах и поиска оптимальной области проведения эксперимента!

- методы системного анализа г математического программирования» численного интегрирования и векторная оптимизация для обоснования структуры и идентификации параметров математических моделей технологических процессов углеобогащения?

- нетоды модульного программирования» языки и средства программирования для разработки и реализации программных документов на ПЭВМ.

Научные положения» выносимые на защиту а

- дифференцированный прогноз с^гатимости угля оск^ван на анализе его фракционного состава по результатам экспресс-контроля» овес; .'чивающего наименьшую погрешность К

- основными техногенными факторами воздействия подготовительных процессов углеобогащения на свойства шииты являются дробление» грохочение» истирание и классификация угля» который вызывают изменения технологических параметров обогащения и качества получаемых углапродукто»I

- структура модалипцющего алгоритма и программного комплекса технологических процессов углеобогащения включают математическую модель формирования качественного состава шихты по балансным уравнениям с использованием исходных данных угольных пластов» хранимых в библиотеке ПЭВМ» И модель управления оптимапьным выходом углепродуктовI концентрата» промежуточного продукта» отходов и шламов на основе вероятност"ого распределения фракции шихты в продукты углеобогащения?

- критерии оптимальности процесса углеобогащения обеспечивают выбор стратегии механической и физико-химической переработки угля с учетом ого качества и технологической схемы обогащения с помощью разработанных моделирующих алгоритмов и программных

комплексов!

- математический алгоритм и программный комплекс технологи-Vческих процоссов обеспечивают оптимальный прогноз качественно-

количественных показателей углеобогащения эа счет управления плотностями разделения в заданном диапазона.

Обоснованность и достоверность нацчник положений и виводов Подтверждаются!

- математической обработкой статистической информации по ситовш и фракционным составам 186 угольник пластов 26 и <т Куа-нецкого бассейна?

- представительность») фактографического' материала качественного состава шихты и технологических схем по 12 обогатительным фабрикам Кузбасса для обобщения.закономерностей процессов углеобогащения и их эффективных диапазонов применения!

- использованием при созданий математической модели обогащения за;; .чомерностай дробления и истирания угля в процесса его транспортировки».эффективности процессов разделения* что обвспот-чивает качественное совпадение модели и обюкта исследования)

- положительными результатами апробации метода оптимизации технологии переработки-угля и расчета добычи по пластам на ЦОФ Березовская» Кузбасская» Сибирь» обогатительной установке ш. Па-лысаевская» на шахтах Березовика*' Биррлинркац» Буювская» Первомайская. Северная» раереаах Краснабродский и им. 50-летия Октября.

Научная новизна работы состоит«

- в разработке метода дифференцированного прогноза обогати-мости угля с учетом установленные диапазонов плотностей тяжелых жидкостей» обеспечивающих наименьшую погрешнпсть оценки акспери-менталь шк данных экспресс-анализа плаатовых проб!

, - в разработке математических моделей влияния основных техногенных факторов на качество фихты при дроблении» грохочении»

истирании и классификации угля в различных схемах цепи аппаратов!

- в установлении качественно-количественных параметров идентификации моделирующих алгоритмов и вероятностного распределения фракции по углепродуктам для обеспечения адекватности математической модели технологическому' процессу углеобогащения?

- в обосновании критериев оптимальности и реализации программного комплекса для многовариантмой оптимизации технологичес кии процессов углеобогащения с учетом требований потребителя к углепродуктам.

Личный вклад автора Состоит«

- в формулировке постановки цели и задач исследования .процессе технологии переработки полезных ископаемых методами математического моделирования! • , ■

—в разработке и обосновании математических моделей гравитационного и флотационного процессов переработки углей!

- в разработке комплв!- а программ для моделирования качественной характеристики шихты!

- в разработке математической модели прогнозирования максимального выхода суммарного концентрата требуемой зольности!

- а разработке алгоритмов» методов и программного обеспечения оптимизации технологии переработки угля в зависимости от критерия оптимальности!

- в установлении технологических режимов об ащения углей» обеспечивающих, получение максимальной прибыли от реализации концентрата.

Практическая ценность работы заключается в том» что ее результаты позволяют»

- повысить точность прогнозирова» .я результатов обогащения как планируемого» так и не планируемого к переработке угля!

- моделировать шихту необходимого качеств* ня там

с использованием ситового и фракционного состава угольных пластов* хранящихся в библиотеке ПЭВМ»

- оперативна изменять технологи» обогащения при колебаниях качества поступающего сырья;

- в зависимости от требовании потребителя планировать качественно-количественные показатели обогащенных углепродуктов.

Реализация работы. Разработанный в диссертации метод оптимизации технологии обогащения использован при разработке системы автоматизированного планирования работы по добыче и обогащению угля ПО "Карагандауголь" и ИГД АН Казахстана}

внедрен'

на ш. Полысаевская ПО "Ленинскуголь" для расче- г нагрузки на участки. Ожидаемый годовой экономический Эффект 3419 тыс.руб.

- на ЦОФ "кузбасская" для определения оптимальных плотностей разделения в тяжелых средах и отсадке. Ожидаемый годовой экономический эффект 2117 тыс. руб.

Апробация работы. Основные ревультатн работы докладывались нг, зональной конференции "Активные методы обучения на базе ПЭВМ" (г. Красноярск 1990 г.)г на конференций "Эколого-акононичесиие проблемы разработки угольных месторождений Кузбасса" (г. Кемерово 1991 г.)г на научном семинаре кафедры обогащения полезных ископаемых Кузбасского политехнического института <г. Кемероао 1992 г.) .

Обтем работы. Диссертация состоит из введения» 4 глав» заключения» списка использованной литпатуры иа 119 наименований» 4 приложений. Она содержит 166 страниц машинописного текста» 42 аблицы и 12 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В 1 главе пан обзор литературных источников» посвященных вопросам прогнозирования гранулометрического и фракционного состава углей. Разработки Андреева С.Е. » Воронкова В.П.г Землякова Б.А.г Иванова В.П.» Коткина А.Н.» Ямпольского М.Н. и др. позволили с большей достоверностью определять качественную характеристику шихты.

Повышение точности прогнозирования требует дополнительных исследований в области методов оптимизации технологии углеобога-ченияв зависимости от критериев оптимальности» которые отражены в

г

работай Артюшина С.П.» Барского Л.А.» Brantley V.R.» Власова К.П.» Гофмана Э.» Жидко A.C.» Иванова П.Т1.» Истомина Л.Ф.» Козина В.З.» KolIn К.» Коткина A.M.г Курбатова В.П.» Муилови-на Л.Б.» Рубинштейна П.Б.» Тихонова О.Н.» Terra А.» Тгошр К.» Оомонко Т.Г.» Шупова Л.Г.» Ямпольского M.N.

Анализ работ перечисленных авторов и опыт действующих предприятий свидетельствуют о том» что в настоящее время обогащение коксующихся углей осуществляется по трем машинным классам: 13-100<130>» 0.5-13 и -t',5 им. Крупный класс м класс 0.5-13 мм обогащаются в тяжелых средах или отсадкой» шлам - флотацией. Низкая оперативность обработки имеющихся статистических и экспериментальных данных по угольним пластам на персональных ЭВМ? недостаточная точность существующих методов прогнозирования результатов обогащения? недостаточный учет динамики горных работ» оказывающих влияние на формирование качественной характеристики шихты, и некорректный выбор критерия оптимальности -нижают Эффективности использования математического моделирования технологии обогащения фабрик» работающих в конплексе с горнодобывающими предприятиями в условиях действующего рынка и возрастающей само> стоятельности.

Во II глава ¡.надставлены моделирующий алгоритм и программный комплекс UWQD подготовки исходник данник угольных лластов для прогнозирования состава шииты» сдерживающегося иэ-аа большого обюпа данный» входящих в состав характеристики пластов и вводимых с клавиатуры ПЭВМ. Блсж-скема программы UWOP представлена на рис. 1,

Программа разработана для режима диалога. Оператором 2 вводит!- 1 выход и зольность классов по ситовому составу из библиотеки данж » хранящихся на жестком или гибком диске.

В цикла i«"1» V оператором 4 последовательно вычисляется суммы выходов и произведений выхода на вольность каждого класса. На выходе из цикла определяется расчетная вольность пласта. Оператором 6 рассчитывается абсолитное отклонение расчетного выхода класса от 100Z» если отклонение превышает 0.001Х» то проводится корректировка выходов. Если величина отклонения меньше или равна 0.001И» ог ратором В проверяется совпадение расчетной аолуности с введенной вольностью пласта. При необходимости (величина ошибки более 0.05Х) проводят корректировку вольностей.

Аналогично осуществляется ввод и корректировка данный фракционного состава операторами 10-21.

В том случае» когда исходные данные пласта соответствуют всем условиям» входящий ц программу»■управление передается оператору 22. Подпрограмма 6ИЕ83 рассчитывает качественную характеристику пласта по машинным классам + 100? 13-108 и 0.9-13 нм1 подпрограмма DROB - ситовый и фракционный состав пласта после дробления крупного класс». Подпррграмм» QBOOAT для классов S0-100» 25-50» 13-25» 6-13» 3-6» 1-3» 0.3-1» 13-100 и 0.5-13 мм

определяет показатель обогатимости. Распет проводится по баланс-1

■ ным ураг'чениям!

?

Г Начало -.- X '

/ Ввод данных /

/ ситового состава /

1 = 1.9 —" А _ I

1»13

рС1»23=рС1»13*рС:г»33 _за=за+рС1»23_

Корректировка выходов сигового состава

Корректировка вольностей ситового состава

10.

Г

Г Ввод данных Д фракционного состава

11.

7

С

тг_

1=2»0 I

>

13.

22_

БМЕВЗ

ТГ.

1=4»22.3 ' I

>1

+ р С1 » ^ рС1»о + 13=рС1»^*рС1»^23 за=за+рС1»3

)-

.23. "2Т-

X

■СКОБ •

—Г~

ОВООАТ

с

25

Конец

3

Корректировка выходов фракционного состава

Г

18

[Корректировка вольностей ¡Фракционного состава_

1 = 1-1

] с_

21

1 = 1-1

Рис. 1. Алгоритм ввода и корректировки исходных данных

Выход и зольность 1-го класса крупности 1: шихте

<Г/ =| ^ ; А^ ЬЦА^ ;

де' т - число шахт?

- долевое участие в шихте» относит, ед.г

Вы. )Д и зольность к-той фракции плотности в шихте -го

класса крупно ти

, т г/ л т А

Суммарный выход и зольность к -той фракции плотности в пихте

А -го класса , „ ,с/ , .,«/

„- _ /I +<Г*/00 . Ас * XI Д./СО .

~ --- > Лд ' <5» 6>

¿¡-100

К.ход и оольность класса после дробления крупного класса

z

"2 .. dZ 2

хГк = к ; №~= Ifik-A; Si+ а, 8, 9) 1*1 i'i

где» Xi - увеличение выхода ( -го класса после дробления крупного класса

Выход класса с учетом шламообразования У- -Гъ.*' „ 100 ~ (f-O-S .

J15 -aiT> ' Ks ; <s — -:-7——-- J

' ь -ГСО-f-o.S <10' 11)

где» /^s - коэффициент шламообразования

¿¿•o.s- приращение выхода класса 0-0.5 мм за счет истирания других классов

В соответствии с к.п.д. подготовительной классификации выход

подрешетного класса

Упадр. - ci *¡1 педг : (12)

где! Х-л - содержание подрешетного в питании грохота Выход нижнего класса» оставшегося в надрешетном

И'нодр = * ( i-ty); <13>

Результаты расчета представлены а Каталоге исходных данных угольных плнстов в виде таблиц 1.1-1.4 для 18А пластои следующих

ш. Бирюлинская-1» пласт XXX г марка К

Таблица 1.1

Характеристик« угля по пластовой пробе Ыр » Уг а 8 « Плотность «От « Ор : X 8 У

евгявсгякезаяагаипггзезеагаяааваккэйЕазввэтваагзмпйазвотавг^

4.5 24.7 0.3 1510 - 5820 27.0 15.0

Таблица 1.2

ьитоэий и фракционный состав угля

апававввспзпавЕваз; лвввйвввввкввва; дв-.2ввявввв=в&£ввз

Ситовый состав «

= = ЕЯЕ=г31=:К:шетга5«

Фракционный состав

Классы»» мм г У

+ 100 4.5

50-100 4.0

25- 50 11.0

13- 25 21.6

6- 13 18.0

3- 6 14.5

1- 3 11.2

0.5-1 6.1

-0.5 9.1

» » <1.3 « 1.3-1.4 8 1.4-1.5 • М » V « Аа» V » М • V М

20.2 21.1 29.0 33.9

31.3 36.7 5.0 21.7 11.и 22.9 37.7 4.0 30.6 9.9

19.4 37.6 4.1 ¿3.2 9.7 16.0 32.6 3.0 34.0 9.9 19.7 17.4

63.8 6.0 11.0 11.3 54.2 5.0 10.5 11.0

40.9 5.5 10.2 10.5 36.7 5.0 21.7 11 37.7 4.0 30.6 37.6 4.1 33.2 32.6 3.0 34.0

¡1.51 : У

3 6 18.7 2.3 3.6 19.0 1.6

5.1 18.4 1.9

9.2 10.8 2.0 9.9 10.5 2.4

9.3 10.6 3.7 I 2 3.8)

>1.0 У г М

10.

Итого 100.0 27.0

Таблица 1.3

Качественная харак", Эристика пласта по мац.лнным классам пис'ла дробления крупного класса

ввв»вяяввШ1П1з1аавшвпайяпвП1яяншапаававв|авввввая№виввв1»вввваяввЕве]'з

Ситовый сос; лв « ракционннй состав

Классы»« « » <1.3 I 1.3-1.4 ! 1.4-1.5 »1.5 мм «V а Ас1 « V а Ас51 V з Ас1 а У а Ай » V

пвяпкеававвшас авваЕзявшкАаааакаямаак.'твшавввояпваа

13-100 ЗВ.З 33.4 18.4 5.7 4.0 10.7 1.7 18.6 «.7 0.5-13 52.1 24.1 19.3 4.9 14.8 10.0 5.6 П.5 1.4 -0.5 9.1 17.4

Итого .00.0 27.0

Таб-ица 1,4

Значения показателя обогатимогти

вягввяяпвваявсяаа:~В1ИИ»В!' »в^ЕЛЯвгаязгвавявгявдавззиитияишягакапгетггкгсгяяе: яегмга

Ло дробления крупного класса аПосла дробл.

50-100 5 25-50»13-25»6-13«3-6»1-3а 0.5-1Bi3-100a0.5~13al3-100s0.5~13

гяпгаа.аяпвяяаияяв!-ааааап8павапва явявиивкаа*вя«вваваивяг1е:гяс«вяаа

6.6 5.7 7.6 6.1 5.8 7.0 6.1 6,0 6.2 6.7 6.2

шахт Кузнецкого бассейна! Бирюлинской» Бутовской» Высокой» К. iи-тальнои» Шовякооа» им. Ленина» разреза Томдсин^кий» Фиякультур-.иик» 1резовской» им. Кирова» Комсомолец» Чертинской» Карагай-линской» Краснокаменской» Зиминка» им. Ьо^ошилова» им: Калинина» Неркасовскои» им. Дэержинск~)го» Ноградской» Центральной» Коксовой» Северный Маганак» Зенковской» Красный углекоп» Байдаевскои и Абашевской.

Исходными данными для расчета послужили та KyeHHH/i лсобогащение. В Каталоге »(ймещены чественные характеристики пласта по машинным у jtom дробления крунчого ¡ласса угля.

Для оценки обогатиности угля по классам пс азатель обогатиности» позволяющий ориентировочно выбирать метод обогащения или прогнозировать.возможные результаты обогащения угля гравитационными методами. •

Испо ауя а ные Каталога» хранящиеся в библиотеке ПЭВМ» с помощью программы SIT моделируется .шихта» требуемая для обогатительной «рабрики. Шихт» может состоять из любого количества и соотношения угольных пластов. Программой учитывается дробление и истирание угля в процессе транспортировки до обогатительных установок. Алгоритм программы SIT представлен на вцс. 2.

Описани . логическое структуры. Оператором 2 с клавиатуры ПЭ(Ж вводится количество пластов углей».участвующих в шихте 'характеристика пластов приведена в Каталога). Б ци ле от 1=1 до к рассч"1ты%:ифггся суммарные ситовые'и фракционные составы. Оператором 4 вводится порядковый помор пласта ив Каталога - т. Качественная характеристика пласт» считыао.тся с диска» нд котором

Хранятся файлы . itl-dntlB6» представляющие информацию о Каталоге.

f

Доля участия пласта d вводится с клавиатура. Операторами 12 и 13 вводится ситовый .сос .ав»-а owpaTqpv.in 14-16 - фрак юнньи'

материалы институт рассчитанные ка-классам» а также с

крупности определен

>ис. 2. Алгоритм программа BIT ^лсчата характеристики шихты.

Поело ввода исходник данных и расчета качественной характеристики шихты для классов +109(150)» 50-"Э0» ?"5-50» 13-25» 6-13» 3-6» 1-3» 0.5-1 и -0.5 мм? для фракци:. менее 1.3» 1.3-..4» 1.41.5» 1.5-1.6» 1.6-1.8 и 6олеа 1.8'г/смЗ определяется ситоьлй.и Фракционный состав шикти по машинным классам *3-100 и 0. -13 мм (оператор 18). характеристика шихты после дробления крупн 'о клас-а +100(150) мм (оператор 19) и с учетом истират (о'*ер<»тор 20). Результаты расчета печатаются в виде таблизд 2.

+ 1.8 V ! А(1

а&ввзввззввге

( 12.3 83.Е ) 7.3 77.3

Таблиц» 2

Сиговый и фракционный согнав и.икт с учетом дробления и истирания угля

Гит. сост.в Фракционный со тав

: -1.3 а 1.¿-1.4 » 1.4-1.? : 1.5-1.6 г

: АЛ : V « М : V г Ас1 I V Ас1 I V : Ас1

пвЕсааааатааквпяаевпсаг'^эвапяезаавваавопвпапааяваваазв

30.9 40 3 10.9 5.2 3.7 11.6 1.9 20.8 0.8 30.2 48.8 '8.5 30.0 3.8 5.Ь 10.9 7 0 19.9 1.3 3*.3 20.3 21.3

______________________--________________________________...

100.0 25.8

В тех случаях» когда требуется расгчитать сито-ый и фракционный состав шихты» состоящей из пластов» которых нет в I »талоге» раработана методика определения оптимального соотнсшения плотнс с ей тяжелых жидкостей» в которых провиден ткспросс-анализ и программой КРЗи рассчитан полный фракцио ный состав пробы угля (разработчик программы А.А.Якушко).

Расчетные фракционные составы использованы в качестве исходных данных для программного комплекса ХОЕЬг с помощью которого не. ПЭВМ определены технологические показатели концентратов г полу,-чение которых возможно при оптимальных плотностях наделения» обе<-с ачивающих выделение суммарного концентрата с максимальным выходом при зольности 7.0К ± 0.05Х.

В расчете использованы режимы обогащения Кузбасской иОФ.

В таблица 3 указаны плотности опытного расслоения» по которым рассчитаны полные фракционные составы ' хшинних классов? оптимальные плотности, разделения в операциях обога- зния» обесточив аю-щие получение максимального выхода суммарного концентрата требуемой зольности.

Сравнение результатов расчета показывчат» что наибольшая аб-солютн-я погрешность при определении значений плотностей разделения получается по данным расслоения в двух тяжелых жидкостях. Результаты выбора оптимгльных плотностей при расслоении в шести

жид|.остях полностью совпадают : фактом, В огтальных случаях погрешность расчета плотностей не превышает 0.02 г/смЗ» а выход концентрата сличается от рассчитанного по фактическому фракци .ному составу менее» .¿м на 0.01Х.

Таблицг. 3

Сравнения ожидаемых ре~')льтатов обогащения п.) данным расслоения в оптимальных диапазонах плотностей тяжелых жидк ~тей

Плотности опыт— в Плотности разделения» * Суммарный концею ат ного расслоения! тяжелых средьл ■ отсадке : Выход ! Зо .ность

7.4,5

1.4» 1.8 1.66

l.j, 1.6» 1.9 1.56

1.3» 1.5»'1.7»

1.9 1.44

1.3» 1.4» 1.6»

1.8» 2.0 1.56

1.3» 1.4. 1.5»

1.6» Ь8» 2.0 1.54

Фактический фракционный состав. 1.54

1.62 1.6б

1.66

1.64

1.о4

1.6ч

0.65 80.9?

Ph.79

80.91

81.00

81.00

/.05

7.04 7.«4

7.05 / .05

В главе XXI рьссмотрс, ы матеиаiические модели технологических процессов» прогнозирующие оптимальные результаты углеобог? ■ щения.

Анализ твхноле. i/.ческих схем уг-еобогатительных фабрик п- ¡а-змвает» что nepef 1батка коксующихся углей начините я с предварительного грохочения по крупности 100 (150) мм. Надрешетный продукт после додрабливания объединяете я с п'.дрешетним материалом и подвергается классификации на имерциогных грохотах (рис. 3).

Класс +13 мм обогащыется в колесных сепараторах или o.ja-дочных машинах. Продукты обогащения об^эвоживи^тся на грс отах.

Класс -13 .чм обесшламливае^ся в загрузочном устройств отсадочной машины. Надрешетный продукт загрузочного ycTf йства раг.делчатся в сашино на концентрат» промпродукт и отходы, "он-центрат отсадки обезвоживается в баг р-эумп<рв и центрифугах.

Рис- 3. Блок-сиеиа получения суммарного концентрата

Шлам» выделяемый в загрузочном дстройстве» об»эдиня^. гея со сливом багер-оумггфа» фугатом и обогащается флотацией. Концентраты машинным классов +1"г 0.5-13 и -0.5 мм образуют суммарный концентрат.

Для прогнозирования результатов механический переработки коксующихся углей (рис. 3> разработана математическая модель технологических прсессов» которая реализована в алгоритме про| -раммы МАХ (рис. 4) и предусматривает прогнозирование максимального выход- суммарного концентрата для зольности» отличающейся от заданной на +0.05/{.

С Начало 3

х

иуноо

г

А<5з

—I-

7

Утах и 0

1 =» 1 —1=г=

Умах^в? Ас11<=ау» ргь»1 С1"" гС1+13» АсШз=гЕ1+23» тС1+зз; Аа2в»гси-4з?

т? I --

(3) <4>

А|-1=»<гС1+33*ГС1+43+У22*АЙ22+ +у27*Ай27+оП ,1+33*оС ^43)/П X » Г1»чАГо-АГ1>/А ч=Г1-Гк

Айко-оС у29=ОСЛ+;

Аа29-оС]+43> <Ч:-х> Го

(1) ~ - Г'!'

нет <4>

(2)

Рис. 4. Алгоритм программы МАХ расчета максимального выхеда суммарного концентрата для заданной зольности.

Оператором 2 счигывается с диск« информация о результатах расчета технологической схемы (рис. 3). Оператором 3 вэо^ится с клавиатуры ПЗ"<М требуемая Зольность суммарного концентрата.

В циклях рассчитываются выход и зольность шлама» постуг -ющего на флотацию. Оператором 8 вычисляется выход и зольность гуммгеного концентрата для каждой возможной плотности разделения. Для Определения максимального выхед используется только тот концентрат» расчетная -ольность которого отличается от заданной на + 0.05/i. Вычисленные результаты запоминаются (операторы 11 и 12) и используются для ра-боты программы "IGEL".

При расчете технологическое эффективности отсадочных машин npt ято ,1|_и низких плотност. . рапделения принимать величину погрешности разделения равную 0.16» при высоких - 0.18 в уравнении (17) . На границе переход', от низкой плотности' разделения к высокой оказывается» что зольность потонувших фракци. меньше» чем в 1лывших» что противоречит теории ипрактике гравитационного обогащения угией. Такое несоответствие вычвано большой разницей между рекомендуемыми погрешностями»1 поэтому для расчета погреш ности X г модегти использовано уравнении прямой» проходящей через точки с координатами (pr « 1-.5» I ■ 0.16 и рг - 1.85» I « 0.IG) I

I » 0.57142G?i7*pr + 0.074285714 ; (14)

Для расчета результатов обогащения принято» что При х V 3.6 F\x) ■ 1» при х ^ -3. F <>О " 0.

Учитывая» что криваг распределения симметри на относительно оси ординат» то и площади» лежащие по оба стороны этой оси» равны Hiжду ербой и составляют 0.5, поэтому достаточно вычислить значение инт< грал» вероятностей с пределами ин. гегри ования

а£: (х)

от 0 до abs(x). по уравнению» . , л— Г .

F(x) *» 1/VS& \ е*р /г); <15>

л e ± ßll-lJjU . х - r- °'bvS ■ Co£SLlX • <16» 1.) Ерт . ' г£(1^\г^гТТ)

тогда для-положительны« ><а .

~(х) « О.й ' F(x) • ,1В)

для отрицательны«! р(х) - 0.5 ~ Р(*) "

(19)

Известные в литература методы численного интегрирования медленна и менее точны по сравнению с вычислением интеграла из степенного ряда. МаК-Кракеном предлагается вычислять Г(х> при х 1.2 с помощью экономизированного ряда» при х V 2.9 - с помощью асимптотического ряда» Если 1.2 < х < 2.9» то интеграл вычисляется непосредственно из ряда Тейлора с точностью 0.00007.

Математическая модель оценки эффективности работы гравитационных аппаратов при переработке угля реалияоаана в программе "С .1153"» алгоритм которой представлен на рис. 5.

Оператором 1 формируется массив средних плотностей фракций. Оператором 2 осуществляется выбор метода обогащения» после которого по ветви "да" вычисляется среднее вероятное отклонение для сепаратора» обогащаете. J уголь класса +13 мм» и отклонение средней плотности фракций от плотности разделения. При работе программы по ветви "нет" рассчитывается операторами 3» 4» 5 и А отклонение средней плотности фракций от плотности разделения для концентрата отсадочной машины. Если абсолютное значение отклонения меньше или равно 1.2» то интеграл Гаусса вычисляется с помощь» экономизированного ряда (оператор 13). При отклонении более 2.9» но менее 3.6, расчет интеграла произве 1тся с помощью асимптотического ряда (оператор 1,4). Если отклонение больше 1.2» но меньше 2.9» вычисление интеграла осуществляется операторами 15» 16» 17 и 18 с заданной точностью. Для положительных отклонений к вычисленному интегралу добавляется 0.5 (оператор 20). Для отрицательных - величина интеграла пр.. пределах интегрирования -3.6» 0 уменьшается на расчетное значение функции.

ЬС13=1.255 b[23-l.35? ЬСЗЗ=1.45! ЬС4]=1.55» ЬС53=1.705 bC63-2.205

да

д»1д((рг-1)/(ЬС13-1>>

J Г ?Ep-0.

егэкрг+е.ег

| Poqr° (0 02«pr+0.026)/0.35 | |~к°и» (pr-bCi3) »0.675/Ep|

С Вычислит.. у с помощью I экономиэированного ряда!

Вычислить у с помощью неского ряда

._ 15.

I Вычислить у с помощью I_ряда Тейлора

17 I нет 18J_

Рис. 5.. Алгоритм программы GAUSS расчета технологической эффективности гравитационных аппаратов.

Значения интеграла» рассчитанные по программе GAUSS» для 0 ^ х ч< 3.6 с шагом Дх * 0,01 полнос-%ю совпадают с табличными. Исключение составляют фукции при х = 3.32» 3.05» 2.98» 2.96? 2.94» 2.431 2.00» 1.63» 1.09» 1.001 0.87 и 0.80 (величина абсолютной ошибки X 0.0001). Ошибки возникли в рвецльтате округления.

С

Начало

IL

з:

э

WYHQD

Г

_ з.

X

Атак

7 .

Ымах=0

(D—С

X

1 = l»ks»5

-с.

J ■ 1»Цо»Г

L

FLOT

I- в-

s-rCi+13+oCj+13+x sv»(rCi+13*rCi+23+ оСj+l]*oCj+23+x»Afk)/в

Ымах = Ur î Vmax«3> Adk=ev5 prs*rCi]l vks=rti+13l Ad. ^«rCi+23» v20«rCi+33? Ad20»rCi+A3» pro=oCj3? vko=oCj+13l Adko=oCj+235 v29»oCj+3]|

Ad29»oi:j+43i fk«x» fo»y» -

./3-1 ;

/ Вывод результатов /

С

14.

Конец

Рис. б. Алгоритм поиска оптимальных плотностей разделения» обеспечивающих получение максимальной выручки от реализации суммарного концентпата

Многие авторы используют в математических моделях» прогнозирующих результаты уЛлеобогащемия» в качестве критерия оптимальности максимальный ви-ход концентрата при ограничении его зольности» которое обусловлено требованиями потребителя к товарному продукту и ■■» обеспечивает получение наибольшей прибыли при реализации концентрата. Это вызвано том» что не учитывается расчетная цена и средняя расчетная норма по ооле! зольность с кото-рои, начисляют скидки и надбавки» содержание влаги и серы. Перечисленные показатели учитывает известное ураь • нение по определению выручки от реализации углепродуктов согласно Прейскуранту.

<э

В моделирующем алгоритме» представленном на рис. <5» выручка

от реализации испо. зуется как критерий оптимальности. Програм-ный комплекс IGEL» в котором реализован алгоритм поиска оптимальных плотностей разделения» предусматривает пооперационный расчет обогащения в тяжелых средах и отсадочных машинах подпрограммой WYHDD для всех возможных плотностей разделения. При расчете технологических показателей продуктов обогащения» полученных в тяжелосредных сепараторах» в подпрограмме учтены аффек-тивнг-ти грохочения классифицйруощего грохота» уровень шлакообразования в сепараторах и грохотах сброса суспензии по результатам опробования.

Оператором 3 с клавиатуры вводится предельная зольность суммарного концентрата, которая устанавливается потребителем для обогатительной фабрики.

При передаче управления по ветви "да* рассчитывается выручка от реализации суммарного концентрата' и определяется плотности разделения - ля тяжелой среды и отсадки* при которых получается максимальное (значений выручки. Для данного варианта запоминается все остальные показатели расчета» характеризующие технологию обогащения.

В IV главе отражены реализация и практическое применение методов оптимизации технологических процессов на горных предприятиях и приводятся результаты их внедрения.

Метод оптимизации технологии обогащения апробирован в условиях Березовской ЦОФ для расчета ожидаемых результатов переработки

промпродукта в тяжелосредных двукпродуктавмх гидроциклонах. В таблице А показаны прогнозируемые результаты обогащения промпродукта и рассмотрены два варианта реализации полученного концентрата марки Ks

- ко- оующийся (средняя расчетная вольность Q.4X» оптовая цена аа 1' трнну 61.75 руб.) »

- энергетический (средняя расчетная зольность 19.0Х» оптовая цена за 1 тонну 47.40 руб.).

Таблица 41

Ожидаемые результаты переобогащения промпродукта Березовской ЦОФ в тяжвлосредных гидроциклонах

Плотность «Выход» «Золь-Отпускная цена»«Выручка от реализации,

разделения»«тыс.т/год«ность«руб./т «тыс.т/год

г/смЗ « « '/, «Коксуют. Энерг. «Коксуют. Энергет.

¡глагяаггйваявовевввЕСавег «= =г пг гг в в я я ггя:езя:я:и=гв>и ВВВЯЯЯЯЗК гзвзгигж

1.30 19.9 5.02 66.97 63.97 1334.8 1275.0

1.40 42.1 7.42 63.26 61.12 2663.6 2573.5

1.50 49.8 8.85 61.06 59.43 3040.'8 2959.7

1.60 55.1 10.54 50.45 57.43 3220.5 3164.2

1 .70 62.2 13.45 53.26 53.98 3356.0 3357.4

1 .(30 68.1 15.53 50.74 51.51 3457.3 .3509.7

1.90 68.7 15.70 50.48 51.31 3466.3 3523.3

2.00 68.8 15.77 50.37 51.22 3462.9 3521.8

Полученные резяльтаты свидетельствуют» что переабогащение пронродукта Березовской ЦОФ целесообразна проводить при плотностях разделения от 1.0 до 2.00 г/смЗ. Кроме того» полученный от пере-ойоглщрния концентрат нужно реализовывать как энергетический» т.к. в дтом случае выручка от его реализации будет максимальной.

Рапработанный в диссертации метод оптимизации технологии обогащения апробирован также в условиях»

- ЦОФ "Сибирь" для расчета ожидаемых результатов переработки промпродукта гравитационными методами обогащения и флотацией!

- ПО "Северокузбассуголь" на шахтах Березовская» Бирюл! екая» Бутовская» Первомайская и Северная для расчета оптимальной добычи по плат -ям» обеспечивающей снижение средней зольности угля в целом по шахте! осуществлен прогноз влияния меняющихся характеристик сырья на качество концентрата ЦОФ "Березовская"» куда отгружают части угля шахты ПО "Северокузбассуголь"!

- разрезов им. 50-летия Октября н Краснобродского для прогнозирования результ? зв обогащения разубоженных углей в тяжелых сред-ос и крутонаклонных сепараторах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной иа-уч! >й задачи разработки адекватных математических моделей технологии углеобогащения и средств программного обеспечения метода ач чмизации качества углепродуктов в зависимости oi зольности и обогат'мости исходного сырья.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы и рекомендации.

1. На основе анализа математического метода прогнозирования ситового и фракционного состава шихты с помощью уравнений баланса рассчитаны выход и зольность продуктов углеобогащения» построена информационная модель качественной характеристики пластов для дифференцированного прогнозирования обогатимости угля.

2. На основе анализа результатов численного моделирования Фракционного состава угля по данным экспресс-анализа в двух и более тяжелых жидкостях установлены оптимальные диапазоны плотностей жидкостей» обеспечивающие наименьшие погрешности при расчете процессов углеобогащения. При расслоении в двух жидкостях min отклонения соответствуют плотностям опытного расслоения 1.4 и 1.8 г/смЗ> при расслоении в трех жидкостях наименьшие отклонения для плотностей 1.3» 1.6 и 1.9 г/смЗ» для четырех жидкостей опт' |альные соотношения» 1.3» 1.5» 1.7 и 1.9 г/смЗ» для пяти жидкостей! 1.3» 1.4» 1.6» 1.8 и 2.0 г/смЗ! для шести« 1.3» 1.4» 1.5» 1.6» 1.8 и 2.0 г/смЗ. Во всех случаях получено удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных с относительной погрешностью от 0.7 до 0.001 У.. Точность расчета повышается с ростом количества опытных расслос?ний и равномерном распределении плотностей тяжелых жидкостей.

3. Балансовая модель и программный комплекс формируют качественный состав угольной шихты на основе аналитических зависимостей количественного распределения классов и фракций пластов с учетом влияния степени дробления» эффективностей грохочения» классификации и величины шламообразования на гранулометрический и фракционный состав угля и обеспечивают машинное моделирование сырьевой базы углеобогат'-тельных фабрик Кузбасса.

4. Моделирующий алгоритм и программный комплекс прогнозирования результатов углеобогащения в отсадочных машинах включают вероятностную модель распределения фракций исходного угля в концентрат» промпродукт и отходы с уче ом коэффициента погрешности разделения.

Майк ным моделированием гравитационного процесса обогащения установлена линейная зависимость коэффициента погрешности от плотности фракций» совпадающая с результатами эксперимента» проведанного на ДОФ Сибирь» с относительной ошибкой 1.3Х.

9. На основа анализа результатов интегрирования функции вероятности распределения фракций угля по продуктам гравитационного обогащения установлено» что расчетные значения интеграла Гаусса при 0 4. к ^ З.б с шагом лх - 0.01» расчитанныв на ПЭВМ» полностью совпадают с табличными за исключением х " 3.32» 3.05» 2.98» 2.96» 2.94» 0.80» 2.43» 2.00» 1.63» 1.09» 1.00 и 0.87» для которых расчетное значение функции отличается от табличного ча +0.0001. Ошибки возникли в результате округления.

6. Моделирующий алгоритм и прсоаммный комплекс прогнозирования максимального выхода суммарного угольного концентрата требуемого качества включают математическую модель итерационного расчета количества фракций угля» попадающих в. гравитационный концентрат» для плотностей разделения» изменяющихся от 1.30 до 2.00 г/смЗ.

Машинным моделированием технологий углеобогащения ЦОФ Сибирь» Березовская и Зиминка установлено!

«> - максимальный выход суммарного концентрата для требуемой его зольности-достигнут при равнин плотностям разделения в машинных классах угля 13-100 и 0.5-13 мм!

- при отсутствии статистических данных результатов флотации данной марки угля класса -0.9 мм прогнозирование выхода и вольности концентрата при обогащении шлама следует проводить по рееульт ~ам лабораторных экспериментов» учитывая многофаг ор-ность процесса. ' •

- получение нескольким сортов угольного концентрата» отличающихся не только зольностью» но и назначением способствует рациональному использованию углепродуктов в народном хоеяйства.

7. На основе анализ» результатов моделирования технологических процессор углеобогащения установлено» что нритерий оптимальности лри моделировании технологии углеобогащения должен учитывать качественные показатели-исходной шихты» выход и зольность углепродуктов» их расчетные цены и средние нормы вольности» содержание влаги и серы,

8. Методы многоеариантной оптимизации тцкнолргии углеобогащения» реализованные в программном комплексе 10^1.> обеспечивают выбор оптимальной схемы грвгвитацио.нной переработки угля на основе сравнения качественно-количественных показателей углепродуктов и величины-возможной прибили от им реализации» рассчитанных по математическим моделям различных вариантов технологических схем обогащения угля» хранящихся • библиотеке ПЭВН.

Математические модели процессов и технологий механической■и физико-химической переработки угля создают теоретическую основу для выбора оптимальных параметров углеобогащения» -обеспечивающих получение углепродуктов требуемого качества.

Основное содержание? диссертаций изложено в следующих опубликованных автором работах»

1. Планирование эксперимента для достижения оптимальным результатов. Информ. листок Кемеровского ЦНТИ N 107-89? 1989. - 4 с. (Соавторы» Кочкин-В.И.» Ворончихина В.В.* ГЦлидова Е.В.» Ерошкина Л.А.).

2. Применение ЭВМ "Искра-1256" для планирования промышленных испытаний с двумя флотационныйи реагентами при помощи дисперсионного анализа. Инфорн. листок Кемеровского ЦНТИ N108-89» 1989. -4с.

. 3. Программа расчета технологических показателей обогащения. "Нформ листок Кемеровского ЦНТИ N 109-89» 1989. - 4 с.

4. Получение модели эксперимента по результатам воздействия на-працейс /Активные методы обучения на базе ПЭВМ1 Тезисы докладов Зональной конференции /Отв. ред. Ю.Г.Шестаков? КИПИ.

- Красноярск» 1990. - С. 4Г 48 (Соавтор М.С.Клейн).

5. О моделировании схем гравитационного обогащения /активные методы обучения на базе ПЭВМ' Тезисы докладов Зональной конференции /Отв. ред. D.T.ШестаковI КИЦМ. - Красноярск» 1990.

- С. 20.

6. Расчет схем.гравитационного обогащения руд при технологическом картировании месторождения. Информ листок Кемеровского ЦНТИ N 269-90» 1990. - 4 с.

/. Математическое моделирование схем гравитационного обогащения углей /Интенсификация процессов обогащения минерального сырья и очистки сточных вод в Сб. трудов - Новосибирск» Изд. ИГЛ СО АН СССР» 1990. - С. 65-73.

8. Планирование качественной к-Г, акт'еристики шихты углей. Инфорн листок Кемеровского ЦНТИ N 232-91» 1991. - 4 с. • '

9. Эколаго--жоном^ческие резервы углеобогатительных фабрик /Зколого-экономические проблемы разработки угольных месторождении Кузбасса, - Кемеровр» 1991. - С. 51-53.

10. Моделирование технологических схем как средство повышения Эффективности переработки угля /Новые технологические решения открытой разработки угольных месторождении! Межвцз.сб. науч.тр.- Кузбасский политех, ин-т. - Кемерово» 1991. - С. ¿3-60.

'Зак. 417, тир. 120 вне., печать офаетная, Объем 1 п.л. Формат $0x84 1/16. Типография Кувбаоокого политехничеокого института.

650027, Кемерово, ул. Красноармейская, 116,