автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Технология формирования качества руды при открытой разработке месторождений

¡'АЛЬЯНСВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РГ6 од

/ V.-.; УДК 622,271.3.06

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА РУДЫ ЯРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.03 "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Екатеринбург. 1996

Работа выполнена в Институте горного дела Уральского отделения Российской Академии наук

Научный консультант - профессор, доктор технических наук Бастан П.П.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук,

профессор Бухейханов Д.Г.

докт. техн. наук,

старший научн.сотрудник Аленичев В,М.

докт. техн. наук,

старший ваучк.сотрудник Гордеев В.А.

Ведущая организация - АООТ "Уралрудпромпроект"

$0 ¿О

Защита состоится " " 1996 г. б час. на

заседании диссертационного совета Д 135 10,01 в научно-исследовательском и проентно-нонструкторском институте по добыче полезных ископаемых открытым способом (НИИОГР) по адресу: 454080 , Челябинск, проспект Ленина, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИОГР.

Автореферат разослан 19% г.

Председатель диссертационного совета^ докт, техн. наук

Б.А.Галкин

Общая характеристика работы

Актуальность проблонн. Многоцелевой характер комплексного

освоения недр неразрывно связан с проблемой обеспечения перерабатывающее производств сырьем строго заданного качества. Эта задача относится к той группе проблем горного предприятия, которые сопровождают его на протяжении всего срока производственной деятельности и которые с развитием горных работ лишь усложняются в своем решении. Понятие "качество" включает в себя все разнообразие требований "технических условий", которые предъявляются к сырью, В проблеме качества товарной продукции концентрируются интересы потребителя и поставщика, здесь находят компромиссные решения между требованиями рынка и возможностям их выполнения, между законами интенсивного ведения горных работ и рациональной отработкой месторождений, социальными и экологическими последствиями. Стратегию вскрышных, горноподготовительных, а вместе с этим, и всего комплекса горных работ определяет уровень прибыли от реализации товарной продукции. Несмотря на значительное сокращение добычи минерального сырья, характерное для последних пяти лет, вариация содержаний полезных когаюнентов в добытой руде по-прежнему остается значительной и не соответствует требованиям технических, условий потребителя. Это сохраняет актуальность вопроса по обеспечению обогатительных фабрик стабильным качеством в руде. Экспертная оценка показывает, что сегодя горные предприятия располагают резервами для увеличения прибыли на 25-ЗБй за счет повышения качества товарной продукции и снижения рекламаций потребителя. Перспективными направлениями совершенствования технологических схем рудоподготозки на карьерах следует считать внедрение рудо-контрольных станций (РКС) и грохотапьно-перегрузочных пунктов (ГПП).

Современпоэ предприятие горно-металлургического комплекса представляет собой слоккоструктурную систему, в основе которой реализуются принципы поточности, последовательности, многофункциональности, автономности, индивидуальности, техниио-эконокпческой целесообразности. Это позволяет рассматривать его как сложную динамическую систему, преобразующую природные характеристики и свойства генерального сырья в общественно необходимые. обладающие потребительской стоимостью, продукты. Совокупность способов, средств и комплекса взаимосвязанных последовательных операций такого преобразования и составляют основу технологии формирования

качества руды при добыче и первичной переработке, в этой последовательности первым • и определяющим этапом является горнодобывающий комплекс, который одновременно является наиболее энергоемким и затратным процессом. Оптимизация материальных и трудовых затрат, повышение степени извлечения полезного ископаемого из кедр9 и как следствие этого, обеспечения устойчивой рентабельности горного производства возможно лишь на базе глубокой теоретической проработки взаимосвязей между элементам! технологического комплекса. Разработка теоретического алгоритма на единой математической идее, описание закономерностей изменения качественных характеристик тинералького сырья от недр до товаркой 1тродуI' 1 1 являются актуальной научной задачей.

Таким образом, технология формирования качества руда выступает объектом исследования, а общие закономерности и специфические особенности этого процесса составляют предает научного исследования ..

Цель работы - исследование общих принципов формирования качества руды в транспортных потоках горного предприятия для повышения степени извлечения полезного ископаемого из недр и обеспечения устойчивой стабильности качества сырья при добыче и общей рентабельности горного производства.

Идея исследований состоит в использовании принципа поточности динамических систем и применении методов геометризащш процессов для установления и описания взаимосвязей между элементами произаодствэнных структур.

В работе поставлены следующие юкгсеодз аадачи теории управления качеством сырья:

- исследовать общие принципы формирования рудных потоков на горных предприятиях для совершенствования расчетных методов оценки качества минерального сырья в системе "рудник-фабрика";

- исследовать зависимость геометрических характеристик динамических рядов с параметрам,! случайных функций и на этой основе разработать мэтод конструирования рудных потоков по заданным вероятностным характеристикам;

- исследовать технологическую функцию карьерных складов с теоретических позиций динамических систем для оценки внутренних резервов горного предприятия при подготовке сырья к переработке;

- исследовать процесс перемешивания дробленого рудного материала для получения достоверных эмпирических данных о закономерное-

тях мзссообмэна, приводящих н однородности смеси;

- оценить степень воздействия факторов, определяющих стабильность показателей яри формировании рудных потоков.

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие паучннз подоаешя:

- теоретической концепцией технологии форглкровэния качества руда при дс&г:а служк? прккцзп аотсчлостк горного производства, который реализуется в трарспортной схеме карьера путем объединения потоков техно,логического транспорта в пунктах перегрузка и конвейернитс. магистралей в схеме цеш аппаратов дробилыю-сортирозочного комплекса;

- общее решение задали по оценке эффективности различит схем формирования качества в рудных потоках достигается представлением дифференциала штока по времени в форме вектора (применение оператора Гамильтона), учитывающего влияние варивши показателя качества руды,нагрузки и их коввривации;

- параметры случайной функции контролируемого показателя качества в рудном потоке зависят от среднего полупериода колэбаштй этого показателя, что позволяет конструировать лоток, ло заданным вероятностным характеристикам;

- при смешивании разнокачественных сыпучих материалов существует предел однородности смеси, который определяется параметрами зоны эффективного смешивания, количеством ссвориенной работы и свойством пластичности (ваякости) снеси, которая зависит от фшк-ционного состава.; влажности; плотности материала и действия электростатических сил.. Математической моделью смесительных устройств служит уравнение данзиическсй системы третьего порядка;

- схема цепи аппаратов дробильно-сортировочкого комплекса обладает еффектом погашения амплитуда колебаний качественных показателей добываемого и перерабатываемого минерального сырья.

Метода исследований. При решении поставленных задач в работе широко использованы методы научного познания, теоретическое обобщение современных знаний и представлении о процессе формирования качества минерального сырья нз горных предприятиях, теоретические исследования моделей динамических систзи, лабораторные испытания и пропшилегаше эксперименты по формированию качества руда на карьерных складах и буккерах обогатительных фабрик, технихо-зко-логляческий анализ,

Дсотовериость научках подоатий» вшъдсв я рокскздщшрй

обосновывается результатам! теоретических исследований, массовой обработкой статистических данных (представленные материалы обобщают около I млн. статистических единиц информации), проведением целенаправленных лабораторных и промышленных испытаний к экспериментов, результатами внедрения разработок на горных предприятиях ("Пэченгэникель", Сорский, Костомукшский, Коршуновский, Лисаковс-кий, Соколовско-Сарбайский, Донской ГОКи, Бакальское РУ, АО "Комбинат Магнезит" и др.)

Научная кошена исследований.

1. Разработаны принципы формирования рудных потоков, которые реализуются в транспортных магистралях рудника и дробильно-сортировочного комплекса, в форме двух принципиально различных схем: объединение штоков дискретных событий (принцип "организации очереди") и непрерывных (принцип "слияния ручьев").

2. Разработан алгоритм математических действий с векторными и скалярными характеристиками рудных потоков, который позволяет, производить инженерные расчеты по оценке стабилизирующего эффекта динамических систем. Показано принципиальное отличие действий над потоками как физическими объектами, от аналитических операций с числовыми характеристиками потоков.

3. Установлена связь геометрических характеристик динамического ряда с параметрами его корреляционной функции, что позволяет конструировать рудные потетм по заданным вероятностным характеристикам .

4. Исследован оператор динамической системы третьего порядка, что позво.пило установить: область возможного применения модели идеального математического смесителя, налитое в физических смесителях зон наибольшего погашения спектра дисперсии и возможность генерирования собственной частота реальными смесителями.

5. Предложена математическая модель для описания зависимости показателей" обогащения от качества исходного сырья и стабильности технологических факторов. Показано несоответствие методов контроля качества руды физическим принципам управления процессом обогащения: контроль осуществляется по химсоставу сырья, а процесс обогащения реализует физические принципы разделения породы и минерала, Химический состав сырья и его физические характеристики, как правило, выступают независимыми показателями.

6. Установлено, что сыпучие материалы обладают эффектом пластичности (вязкости), что исключает реальную возможность полу-

чения гокогечиоа смеси даже при активном перемешивании. Определяющими факторами являются грансостав, плотность, влажность, количество совершенной работы по перемешиванию, действие электростатических сил.

7. Разработана методика геометрической корреляции поверхностей, предназначенная для оценки достоверности построения горногеометрических графиков методом изолиний.

3. Разраоотана методика оценки вероятностных характеристик качественных показателей руда при объединении потоков в форме нового класса функция распределения, сохраняющих постоянство среднего значения показателя.

Практическое значение исследований состоит:

- в разработке методики оценки стабилизирующего эффекта технологических схем формирования качества минерального сырья при добыче, складировании, перемешивании в смесительных устройствах, использование которой обеспечивает высокую эффективность принимаемых технологических решений;

- в разработке принципов формирования рудных потоков, позволяющих конструировать их динамику по заданным вероятностным характеристикам и оптимизировать трудовые и материальные затраты при получении высококачественной товарной: продукции;

- в получении новых научных результатов в теории управления качеством минерального сырья.

Резлаэзцвя работа. Основные результаты теоретических исследований положены в основу рекомендаций и технологических решений по формированию качества добываемой руды на горных предприятиях {"Печенганикель", Сорсквй, Костомукиский, Коргауновский, Соколовс-ко-Сарбвйский,. Лйсаковский, Донской горно-обогатительные комбинаты, Бакальекое РУ, АО "Комбинат Магнезит", Западно-Сибирский, Магнитогорский металлургические комбинаты и др.). Рекомендации автора использованы проектными организациями "Уралрудпромпроект", "Мэхвиобр'*. 'Типроруда" при проектировании усредлительных систем на карьерах, обосновании эффективности технических решений по обеспечению поввтешпес требований к качеству руда и разработке самих технических условий.

Апробация работа. Основные положения и результаты работы опубликованы в технических периодических изданиях. докладывались на "17-ом Международном симпозиуме** по применении ЭВМ и математических методов в горных отраслях промышленности" (Москва, 1560г.)

на Всесоюзном совещании "Рудоподготовка и ее эффективность" (Фрунзе, 1390 г.), на научно-технических конференциях по проблеме "Математическое моделирование производственных процессов" (Свердловск, 1571, 1972 гг.), на совещаниях в проектных институтах Гил-роруда, МзханоОр, Уралмеханоор, Уралгипроруда, а также отраслевых институтах НШКМА, ВИОГЕМ, на технических совещаниях горных предприятий.

По теме диссертации опубликовано 74 работы.

Объем и структура работы» Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 350 страницах машинописного текста, в том число содсрхит 66 рисунков, 51 таблицу, список использованных, источников из 176 наименований.

За последние двадцать лет произошли существенные изменения в технологии горного производства и структур« сырьевой базы, а раз-витке рыночных отношений определяет принципиально иной подход к качеству добываемого и перерабатываемого сырья. Новый взгляд на рудоподготовку достаточно ярко выразил Ревнивцев В.И,: "на новом витке развития...целесообразна интеграция всех переделов горного производства в единую технологию получения минерального сырья. Связующим олементом такой технологии может стать подготовка руда к обогащению и переработке (рудоподготовка), развитая на качественно новом уровне как поточная система операций обработки добытой кусковой горной массы". Таким образом, объединение процесса горного производства и первичного передела на единой теоретической базе позволяет рассматривать процесс формирования качества руда как вполне самостоятельное научное направление исследовашйг.

Автор выражает искреннюю благодарность профессору, д.т.н. П.П.Бастану за научные консультации, советы и практическую оценку данной работы, старшему научному сотруднику 10.В.Лаптеву за творческое сотрудничество, а также работникам производства, проектных и научно-исследовательских институтов за помощь и участие в реализации научных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАВОТЫ

Состоять и изученность проблемы формирования качества руда при добыче

Технология формирования качества минерального сырья при добыче и первичной переработке есть функция общей организации гор-

кого производства. Валовые схемы переработки сырья выдвигают на первый план вопросы усреднения качества сырья при добыче. Селективные схемы переработки, напротив» предусматривают разделение руды кэ технологические сорта, селективную добычу и складирование с последующей переработкой на автономных технологических линиях.

ЙЕф>рмедгонной основой технологии (формирования качества руды «вляэтся иат&ркала подсчета запасов, текущего геологического опробования, а также материалы ЦЗЛ и ОТН по опробованию руды на ДОФ и товарной продукции. Основные технические решения этой технологии закладываются в проекте на разработку месторождения и реализуются путем планирования развития горных работ, качественным ведением буро-взрывных работ, разгрузочно-погрузочных работ на складах, диспетчерским управлением рудными потоками в системе "рудник-фабрика".

В развитие теории и практики процессов горного производства и формирования качества руды при добыче и первичной переработке существенный вклад внесли М.И.Агошков, Г.В.Секисов, В.И.Ревнивцев, В.Л.Чантурия. Н.В.Мельников, В.В.Ршзвский, К. Н. Трубецкой, В.С.Хохряков, Г.А.Холодняков, В.Л.Яковлев, М.В.Васильев, А.Н.Ши-лкн, Ю.И.Анкстратов, П.П.Бастан, Е.И.Азбель, В.Г.Базылев, В.Ф.Вызов, Г.Г.Ломоносов, Ф.Г.Грачев, В.Н.Зарайский, Л.П.Щупов, Н.С.Бу-ктуков, А.Ю.Большаков, Д.Р.Каплунов, Д.А.БукеЙханов, В.М.Алени-чев, В.А.Гордеев, В.В.Шестаков, А.®,Цеховой и многие другие.

Понятие "качество" в широком смысловом аспекте есть совокупность химических, минералогических и физико-технических оценок минерального сырья, что и определяет спектр возможных способов и средств воздействия на руду для достижения требований технических условий.

Несмотря на значительное количество публикаций и проведенных исследованяй пока нет оснований считать завершенным процесс формирования теории формирования качества руды и вытекающих из них методов расчета технологических схем и параметров стдбилизируяммх систем. В основу диссертации положены три предпосылки:

- современное горное производство поточно (.Ч.В.Васильев, Н.В.-Мельнгасоз, М.Г.Новожилов, В,В.Ржевский. Б.Н.Тартаковский, В.В.Фадеев, В.С.Хохряков, В.Л.Яковлев) и формализация этого классического принципа допустима только на базе классических математических представлений о потоке: структура, динамика, геометрия;

- современное горнов предприятие есть сдохшая динамическая система, преобразующая природные свойства ж качественные характеристики минерального сырья в общественно полезные продукты. Чем сложней структура системы» тем сложней уроьень организации и управления этой системой. Если количество функциональных каналов между элементами системы N и К обозначить 'через Н, то их общее количество будет равно:

N г , М ,

н = - [л - 1 + - 11 - 1 + Ш, (1 )

2 V. ■> 2 }

где Ьм'я — количество непересекающихся прямых связок ые^к,ду элементами группы N и М;

- горное предприятие, как система, функционирует согласно закона материального баланса входного (воздействующего) и выходного (реакция) потоков. Это дзет основание оператор преобразования динамической системы представить в форме линейного дифференциального уравнения с постоянны.».®! коэффициентами

П ¡71

гл т

М) 1апт = хт 2ьгар

п=0 т=0

где Р = -— оператор дифференцирования. с5Л

Сведения, представленные в многочисленных публикациях, однозначно свидетельствуют об аффективное™ мероприятий по усреднению руды перед обогащением. Однако, в теоретическом плане остаются нерешенными вопросы: где, на каком этапе, каким образом стабильность качества определяет лучшее ведение процесса обогащения? Процесс обогащения реализует контрастность физических свойств рудной и нерудной составляющих пород, а контроль и управление процессом осуществляется на базе уравнений баланса по контролируемому показателю. Здесь возникает целый ряд вопросов, таких как: влияет ли уровень колебаний содержаний химических элементов в руде на процесс дробления и измельчания? в какой степени методы оценки химического состава сырья и продуктов обогащения соответствуют физическим свойствам рудного материала?

Оценка достоверности данных опробования руды при разведке и эксплуатации

Информационная база технологии формирования качества руды строится на материалах подсчета запасов, текущего геологического

опробования а также технологического опробования на фабрике и складах готовой продукции. Информация неоднородна; неоднородность проявляется через представительность информационной единицы. Понятие представительной пробы аналогично понятию представительной выборки в теории вероятностей. Проба считается представительной: по отношению к. некоторому объему массива, если ее оценочный признак может быть отнесен к это»у объему с определенным уровнем вероятности. Границы представительности условны и определяются исходными требованиями к точности, надежности и уроЕни вероятности статистических оценок.

При всем многообразии форм, методов и источников информации о качестве рудного материала она вполне определенно корреспондируется с этапа™ планирования, учета и отчетности по всем технологическим операциям процесса добычи и переработки сырья.

Главная особенность геологической информации состоит в том, что, являясь по форме дискретной, она обеспечивает оценки непрерывного характера в системе пространственных координат. Целевое назначение геологической информации сводится к геометризации качественных свойств в пределах отрабатываемых участков.

В процессе добычных работ появляется качественно новая информация, связанная с учетом добычи и перемещения полезного ископаемого в границах карьерного или шахтного поля. Главные особенности этого потока информации состоят в том, что: опробованию подлежит разрыхленный материал, неоднородный по грансоставу; объем представительности анализа принимается равным транспортным средствам, в то время как оценка производится по поверхностному слою рудного материала, не превышающему 3% от общей массы; дискретность информационного штока и его связь с координатой времени и схемой транспортных магистралей перемещения рудной массы. Целевое назначение этого потока информации - учет качества и количества добытой рудной массы, диспетчерское оперативное управление ,

Главные особенности информационного потока на фабрике связываются с отсутствием зависимости качественных характеристик руды в фиксированный момент времени от конкретной ситуация в рудных забоях, строгой периодичностью отбора проб на конвейерных трактах по всей технологической схеме цепи аппаратов и возможность» организации непрерывного метода оценки качества материала, опробованием материала на различных стадиях дробления и измельчения. Це-

левое назначение - сведение технологического оаланса между объемами переработки и продуктами обогащения, контроль и управление технологически?.'! решмом переработки.

Ключевым теоретическим вопросом является оценка степени изменчивости показателей. Термин "изменчивость" показателя обобщает в себе две стороны изменяющегося во времени и пространстве явления: насколько значительно отличаются друг от друга сравниваемые значения, насколько интенсивно происходит это изменение в рассматривав,чых пространственных и временных границах.

Исследование динамических последовательностей показало, что сущостгуот связь мозиду частотой колебаний (и)) п показателем автокорреляции (г):

2 1 1 -г

г = 1 ——, —— = и, и = — . (2)

х г 2

Принимая во внимаете, что общая дисперсия показателя складывается из двух составляющих (шум - О и тренд - о ), получено соотношение, связывающее показатель г с амплитудной характеристикой информационного потока:

о2 = о2 + 52, г = ~ , 1 = г2+ Д2. (3)

о

Тагам образом, численное значение г2 определяет собой долю закономерного фактора, а И2 - случайного в общей дисперсии показателя. Это положение может служить основанием для классифицирования характера изменения показателя.

Геологические материалы опробования служат основой формирования планов развития горных работ и построения контуров рудных тел. Оценка достоверности геометрических построений составляет прикладную часть изучения степени изменчивости показателей. Из концепции анизотропности внутренних свойств геохимического поля вытекает, что такие оценки целесообразно строить на основе понятия энтропии (э). Показано, что

Э = ~[г21п г2 + Д21п Д2]. (4)

Поскольку разведочная информация накапливается по определенной системе, суммарная информативность этих сведений представляет собой интегральную оценку.

Г I2 '

о = X ¿Ир = Р + - р] 1п (1-Р) - Р 1п Р, (5)

о

где мерой вероятности Р выступает гг. Уравнение (5) имеет геометрический оптимум при гг = Аг, когда Э =тах. В этом случае интерполирование сведений но расстояние А1/2 допустимо, а погрешность положения контура в пространстве не превысит величины

М0 г

m = 1/8 ^ Л1 , (6)

'I

где М. и - соответственно, первая и вторая производные от функции г2= 1(Л1).

Оценка достоверности горногоометрических графиков (их геометрическое подобие истинной поверхности) основывается на следующих положениях:

- корреляция поверхностей есть корреляция геометрических элементов поверхностей. Ее следует отличать от корреляции отметок поверхностей А и В;

- определяющим геометрическим элементом поверхности является вектор-градиент g;

- мерой геометрической корреляции является косинус угла между

векторами А и В.

R = cos ф; (7)

- величина R мокет быть представлена и как вектор, и как скаляр. Это означает, что R в пространстве размещен в форме поля, т.е. R = F(x,y,z,L).

Разработана методика построения корреляционных полей по данным разведки.

1 ! . аг у 1-г + Ьг У 1-г

= -т-ZL-, (8)

а-/1 -г2" + Ьт/1 -г2 у х

где а и Ъ - параметры разведочной сетки;

г^., г - соответственно, значения автокорреляционной функции з направлениях (а) к (Ь) при фиксированно?,! расстоянии между разведочными скважинами.

Для последовательности показателя с ограниченны?.! количеством членов разработан непараметрический критерий оценки статистических гипотез, основанный на учете инверсий знаков. Под инверсией понимается наруиеше установленного порядка последовательности. Если за порядок принимается схема (+ - + -), то последователь-

ность (+ + —) содержит 1=2. С инверсией связана величина полу-

Т" ~Г периода колебаний 'с:

ч = ^ Д1. (Э)

Показано, что нормальное распределение инверсий Жт.о^ создает условия для экспоненциального распределения полупериодов последовательностей одного знака.

Г(т) = р е , р = 1/ х .

Контроль качества сырья но конвейерных потоках осуществляется периодическим отбором проб. Дискретный характер оценки непрерывной функции времени теряет определенное количество информации и этим самым вносит определенную погрешность в принимаемое решение на интервал времени г + т. Если а=:Ш), то дисперсия оценки параметра а будет равна

1

52 = о2 - 1 |

г,

Увеличение интервала экстраполяции т увеличивает погрешность оценки а, приближая ее к уровню дисперсия генеральной выборки. Это создает условие неопределенности экстраполяции, т.е. к увеличению энтропии оценки а. С увеличением количества п увел1ГЧ1шается количество приобретаемой информации. Показано, что достаточное количество информации отвечает условию:

п = За: е . (10)

Д2

Замена непрерывного динамического графика ступенчатым профилем приводит к потере информации в интервал г пропорционально спектральному (Б^(х)) разложению дисперсии. КормироБашое значение потери информации 61 имеет вид

БД 1пЗД

61 = —-*--*- , (11)

ШЗ; + о-зрта-й^)

Исследование технологических схем формирования рудных потоков на горных предприятиях

Автоматизированные системы управления производством опираются на взаимосвязь мевду смежными элементами производственной сис-

теки, т.е. в тол иди иной форме на результаты геометризации производственных процессов.

Геометризовэть производственный процесс - значит дать аналитическое и геометрическое толкование закономерностям, присущим данному процессу. Следовательно, геомэтрпзация производственных процессов предусматривает установление и описание технологических закономерностей, определяющих тенденции протекания процессов, я также вскрытие и описание внутренних особенностей этих процессов. К особенностям геонетризацин производственных процессов относятся:

- объект исследования — динамическая система. Применительно к технологии формирования качества руда - схема цепи аппаратов перемещения минерального сырья в слокно-структурной динамической системе;

- четыре необходимых условия геометризации геохимического поля не являются в полной мере необходимыми при геометризащш процессов. Условия непрерывности и непрерывной дифференцируемоети (плавности) не относятся к числу ограничивающих. Это позволяет гео-метризовать как потоки непрерывно изменяющихся показателей, так и декретных;

- аргументом функции выступает время иле другой эквивалентный ему параметр в отличил от координат пространства при геометризации геохимического шля. При ге©метризации процессов точное значение функции в фиксированный момент времени мало информативно, поэтому только интегральные оценки обеспечивают надежные количественные характеристики процессов;

- реальные физические потоки обладают тем свойством, что допускают производство определенных физических действия над собой. Потоки мокно объединять, дробить, изменять направление. Это позволяет производить определенные математические операции с характеристиками штоков: их можно складывать, делить на скаляр, интегрировать, дифференцировать. Лишено физического содержания перемножение и деление потоков друг на друга. В отлично от этого, над геохимическими полями какие-либо физические действия ограничены, зато' над числовыми характеристиками поля мокно выполнять практически все математические операции.

Существуют две принципиальные ехэш формирования рудних. потоков:

- принцип "организации очереди" - событие следует за событием

в порядке, установленном условия?,® формирования единого потока событий:

п

з - и ах = |х: х е а, V з е Аг ... V х е ап | (12)

Реализация этого принципа наиболее наглядно проявляется в системе "забой-склад-приешмй бункер ДОФ"', где главной отличительной особенностью потоков является их дискретность; - принцип "объединения потоков" в единое русло:

V , „ _ V „ „ ^ « 1

/ о \

\ | I

Наиболее полно этот принцип реализуется на ДОФ.

Главные закономерности первого принципа формирования рудного потока сводятся к увеличению:

- плотности потока и его производительности:

п п

1 1

- уровня колеблемости качественных показателей:

- высокочастотной зоны спектра дисперсии:

т

(т)йт = б[1 - [ рл;+1] ехр(-нл)]. (16)

о 1

Эти обстоятельства благоприятно сказываются на возможность повышения степени вкутриштабельного усреднения. Таким образом, о увеличением количества объединяемых потоков результирующий поток как угодно близко приближается к простейшему (Пуассоновскому) независимо от структуры объединяемых потоков.

При реализации второго прпнципа происходит увеличение производительности потока, нивелируются качествешше характеристики, происходит перераспределение этих характеристик в сечении потока. Если физический поток представлен в форме ого производительности

аш = (Бриг) УпЦ), а?)

то полный линейный однородный вектор этого потока тлеет вид

о = Р1а + сйГ + Ш5Р. (18)

с

Вектор о приобретает конкретный физический смысл, если поток М = = аО представляет собой поток металла и, следовательно, 0 предстанет в форме производительности потека по рудной массе, а а -содержание металла в рудо. Тогда вектор о определяет собой уровень колебаний содержания компонента б потоке, т.е. является характеристикой случайной функции. Общее решение для вычисления дисперсии объединенного потока хтмеот вид*

11 п

с:

5о = 2а1> 6Т0 = 12 а1азг1-3 <19>

1 1

■ПТГС1 у» -- рг>а ¡п гъ _ чгт'Лтт но\vTr\7 п и п

1-1 ' т±-г "......."------1 - -у

На основе (19) решена в обшем виде задача на "раздвоение" потока. Установлено, что при разделении потока на п частей взаимный автокорреляционный момент между струямн разделенного потока (г ) сохраняется и в общем случае он не равен 1. С увеличением

^ -А.

числа струй (п -> да) га - е .

При сепарации потока (а0) устойчивость его качественных показателей во вновь образованных потоках (а1 и не сохраняется, что может привести к дестабилизации этих, показателей. Этот аналитический вывод имеет два следствия:

- задаваемый уровень стабильности качественных показателей в рудном потоке карьера (шахты) не должен быть вше, чем уровень дестабилизарунщк факторов разделительных процессов. Показатель стабильности качественных признаков должен входить в состав технических условий м обосновываться путем оптимизации затрат;

- наличие дестабилизирующих факторов при разделительных операциях процесса обогащения помогает объяснить Факт неустойчивых корреляционных зависимостей между качественными показателями исходной руда и продуктов обогащения.

При прохождении стационарного потока через аккумуляционно-кнтегрирукщэе устройство выходной поток утрачивает первоначальные свойства стационарности и эргодичности. Уровень стационарности связан с интервалом интегрирования. Один и тот же процесс на различных временных уровнях может быть представлен в форме стационарного и нестационарного.При этом, чем больше период времени исследования функции, тэм близ® характеристики процесса приближаются к оценке стационарности.

Интенсивность изменения параметра потока образует дифференциальный поток. В случае, когда исходный поток представлен простейшим, дифференцирование его приводит к классу маимкх процессов, внутренняя структура которых, тем не менее, соответствует действительному процессу.

Развитие геофизических методов определения содержания химических элементов в рудной массе и еэ физико-технических характеристик позволяет организовать непрерывное получение информации на конвейерных потоках. В связи с этим возникает практическая задача: как сконструировать рудный поток так, чтобы он отвечал заданным динамическим характеристикам в виде вероятностных оценок? Поставленная задача имеет принципиальное решение, если имеются ответы на следующие вопросы: существуют ли (и если да, то какие?) геометрические аналоги характеристикам реального потока? каким, образом геометрические аналоги связаны с характеристиками случайной функции? какова физическая или технологическая природа этих, аналогов? и какова возможность управления ими?

Путем моделирования 46 различных динамических рядов, каждый из которых составлял ID00 эталонных интервалов времени, исследовано влияние амплитудной (А) и частотной (г) составляющих на параметры корреляционной функции. Установлено, что:

- для динамических рядов типа "телеграфная водна" (А = const), независимо от вида закона распределения полупериода Г(т), значение нормированной корреляционной функции R (т=1) связано со средни?.? значением Ч выражением (2);

- для пуассоновского процесса (простейшего) при к = const справедливо равенство

Следовательно, коэффициент затухания экспоненциальной корреляционной функции (\) непосредственно связан со средним значением полупериода динамического ряда;

Геометрический анализ динамических рядов

откуда следует, что

т

(20)

- случайные процессы, у которых распределение fix) отлито от экспоненциального, содержат в себе устойчивые периодические колебания с полупериодом т (рис.1 );

- для нормированной корреляционной функции, описывающей свойства дЕнвшгеесжого.ряда с изменяющейся амплитудной (А Ф const), существует соотношение

Щт=1) = (1 -JL)(l - -А- у* ) , (21)

т Э

где - коэффициент вариации амплитуды колебаний-Таким образом, оаспре деления ктагатудо (А) 11 по л у перил я а могут служить геомбтраческиия характерастпкаш реального потока. Следовательно, существует связь между парагзетрами корреляционной функции и структурой динамического ряда.

Спектр объединенного потока. Для описания первого принципа объединения потоков получены следующие соотношения:

У^1 -Т^п]' <22>

А0 = -ln[l - -4;) •

G увеличением плотности потока событий ц0 увеличивается дисперсия BQ и параметр ä.qS что приводит к увеличению доли высокочастотных колебаний в спектре дисперсии. Тагам образом, управляя последовательностью событий, можно добиться таких характеристик потока, которые будут эквивалентны роботе по перемешиванию.

Для списания второго принципа объединения потоков использована схема сложения векторов, которая после преобразования

U) (О

о

Зу = J йш Г К(т)соа шт dt о о

дает общее решение задачи: снижение доли высокочастотных колебаний, увеличение доли зоны средних и низких частот, уменьшение амплитуды колебаний.

Спектральной разложение при дзлакга потока на п частей, При делении потока на части корреляционная функция струй сохраняет-

Влияние среднего значения полупериода колебаний признака в потоке на вид корреляционной функции

П /аЛ

КV Й\

0.5

{■у—-- Х--5.2 V /

VI /

с.)

ло

20

№ х - ¿\.е г-^ОА

'V X? / /

а) 5) 4гё°'> ^МЯМ.

Рис. 1

ся, если аргументом является время и, следовательно, спектральные характеристики этих струй тождественно равнн аналогичной характеристике исходного потока. Если ке в качестве аргумента принимается абсолютная величина, например, эквивалент времени - производительность струй, то в силу соотношения 10 ш

Зр = $ т | К (по )сой ол а-х, (23)

о о 1

спектральная функция Зр относится к исходной как масштабное

отображение к своему оригиналу с коэффициентом п, т.е. з иско-»вннои, хотя м о соблюдением пропорций, входе. Смена аргумента должна учитываться при анализе процессов,

Сепарзцгя потока - разделение потока на части ка основе физических свойств рудного потока. Главные соотношения между частями сводятся к слэдущему:

хо = ?,х! + ргхг' V " хо

к^^.г.,) = а2к^ (г1?гг) + ъгк,л. (+м,г3) - 2аък.г_х^ (г,, г,?), (24)

8=1/(1-?,); Ъ=Р/(!-Р1); Р^е/О.

При АР=0 о^О-Р, Гг|а^ + Р2 Зс^Р,^] {25)

При о^ =0 о,, =---о

х0 Хг ^

Таким образом, при сепарации потока устойчивость его качественных параметров во вновь образованных потоках не сохраняется и мокет привести к эффекту разусреднения.

ЙЕтегрнрова5аэ потока по параметру г служит моделью для нахождения производительности потока, аккуму.тирующего соъема, а .также идеального математического смесителя,

хг ■ г+Т 'с+2Т

а = j г> | = [ у(г)си, (26)

где х(1;) - качество входного потока, у(1;) - выходн<1тт>.

г г г+т

1 = У' ¿V

Т

=~ё[ (1,-1) клттт. о

При прохождении простейшего потока через аккумуляционно-иктбгрирунядэе устройство выходной поток утрачивает первоначальные свойства стационарности и эргодичности.

Исследование математической модели смешивания сыпучего материала на карьерных складах

В качестве математической модели смесительного устройства рассмотрено уравнение динамической системы третьего порядка. Известно, что спектральная плотность входного (Б£('с)) и выходного (Б^т)) потоков связаны соотношением:

зит) = |ф(т)|\(т).

Оператор дккгазгчаской систем! первого порядка преобразуется к виду

_ р о

,2 В, + X"

®<ТМ -?» (27)

1 А2 + т

где А, и В, - константы динамической система, х - аргумент функции (полупериод колебаний), имеющий размерность времени или его эквивалента. Приняв, что В1 = А к, а входной поток представлен потоком Пуассона (простейшим), имеет следующие соотношения:

= В Т^йТ" ' <28)

А2 А2/2+ Т2

3;(т) = ^ --1—3. , (2Э)

£ г А2-г2-И А2 +

II2?? II2

При т=0 Ф(т) = Ъл / А,, при оо Ф(т) - 1 и, следовательно, ггри к<1 динамическая система работает на погашение амплитудной характеристики потока. При к = 0 система работает как идеальный математический смеситель (рис.2), т.е. полностью погашает вы-

Характеристики оператора динамической системы

Опоратор ДС 1-го порядка

Оператор ЛС П-го порядка

Оператор ДС Ы-го порядна

~г в?

. л

АГ

О

"71

/

'2 / / /

/ / / /

¿? ч 1

/ у .. ..... И /

А У / / I/

А / / ч±.

о

2 4 ^ 0 Ув2 2 4 '

П о л у и е р и о д колебаний по к а з а т' е л я

1 - характеристика идеального математического смесителя ;

2 - характеристика динамической системы порядка (П = 1,2,3).

2

Рис,

сокочастотную зону входного спектра. При 0<к<1 система лишь частично погашает высокочастотную зону спектра и, тем самым, приближается к кинематике реального смесительного устройства. Тогда

а

а.

'1- В1 + а1

где определяет собой активную зону смешивания или эквивалентное ей время активного смешивания; В означает неактивную зону смесителя.

Модель динамической системы 1-го порядка поигодна для оценки однородности смеси в масштабе смесительного устройства (штабель, объем переработки - час, смена, сутки и т.д.).

Оператор динамической системы второго порядка преобразуется к виду (рис.2)

, ,2 Вг тг +(та-В„)г

Ф(Т) = -4—5,-р %- • (30)

1 1 А" ^ +(fi-A„)2 1 £1

j ,2

При т=0 Ф(т) = Щ / Ag, что означает частичное погашение высокочастотной зоны спектра при 3£< Аг- При t -> со функция (30) стремится к 1 и, следовательно, зона длиннопериэдных колебаний

но погашается. Функция (30) имеет экстремум в точке т = vr&2, что означает наибольшую степень погашения определенной зсш спектра дисперсии. Функция всегда имеет минимум при соблюдении условия

—|- » —f- . (31 )

4 А*

Если рассматриваемая динамическая система воздействует на поток Пуассона, то выходной сигнал будет тлеть дисперсию

Л

D' = D {°1 + ~г [°2 + 4 °э]}' (32)

где коэффициенты 01V С , С3 находятся из решения уравнения

D' = [ Зр(т;) jФСт) da. (33)

о

Анализ показывает, что существует предел отаовения DVD при А,-« 11га DVD = к2.

Применительно к описанию смесительного устройства пассивного типа (склад) предложена модель в виде

_ г ,Лг 2 г , г г -гт / г,;

T"-(l- х + |т -ig k.?e ö ]

г г г г г -¡г

Т х + ]т - i « К3 ]

где Т - вместимость склада, t - активная зона смешиьзкил, ц -Г(т0+1 )-

При определенных ограничениях значений коэффициентов А и в, например, Аг=Вг и Б, = 0, возткагзт частные решзния, в которых имеют место соотношения:

А А. +1

В' - О -^- ( (35)

А^л-О+АД-)

—■ 1 г 2 1

Т = А , X = - , А, ----- 4А_,---А, , А = ЗВ„. (36)

° ' /Г" 1 Я ^ ' 2

Опервтор джнЕ'.ькгско"''^ снсгег-щ третьего порядкэ в общем виде имеет вид (рис.2);

, ,2 (В2 т;2-ВДг+тг(тг-В?)2

|ф(т) = -4—=—г-^-т- - (37)

1 • (А2 т11 -А.3) + г (т -А2)

г г

При т=0 функция (37) равна В3/А3 и, следовательно, высокочастотная гона спектра может частично погашаться; при х-' фикция стремится к 1 , что означает прохождение длинЕШэрводавх колебаний без изменения. Отлагательной особенностью этой модели является наличие области наибольшего погашения спектре дисперсии и "всплеск" функция в оолаоти вдзокпх частот. Последам означает, что такая система может генерировать соостввняув частот;;.

- Под воздействием этой системы входной поток Пуассона преобразуется таким образом, что дисперсия на выходе равна:

[А. Л, л.

А+Е ---+ С —г + Д —;| (38)

У Сг+2 у-о; -/О>2+2УС^

где коэффициенты находятся при решении уравнения (33).

Специально поставленные лабораторные и промышленные эксперименты подтвердили принципиальные теоретические выводы, вытекающие из анализа оператора (37):

- класс идеальных математических смесителей реализует ньютоновский принцип быстродействия: реакция системы на возмущение происходит со скоростью, равной бесконечности. Поэтому практическое применение этой модели ограничивается задачами оценки стабильности качественных показателей между крупными порциями руды (мегштабельная дисперсия, сменные, суточные объемы);

- класс реальных смесительных устройств описывается оператором динамической системы второго и третьего порядка;

- при перемешивании сыпучего материала существует предел однородности, который объясняется эффектом пластичности (вязкости) материала и который зависит от крупности, плотности, влажности смешиваемых составляющих смеси и проделанной работы по перемешиванию;

- в процессе перемешивания в ограниченном пространстве смесительного устройства происходит перераспределения масс кускового, материала, что приводит к формированию "белого шума". С позиции теории информации это означает, что массообмен сопровождается увеличением энтропии состояния смеси;

- создание "белого шума" обеспечивает смеси приближение к вероятностной модели случайных величин. Становится очевидной зависимость дисперсии признака от объема представительности пробы в силу действия закона больших чисел.

Формирование качества руды на горных предприятиях

Процесс формирования качества руды многоэтапный, и его структура определяется технически»! проектом на разработку месторождения. Этапы планирования горных работ являются связующим

' Г)

звеном между горно-геологическими условиями зэлегэдия рудных тел к технологией добычных работ, это программа реализации технических решений.

Реальное воздействие человека на естественное состояние массива связывается о проведением буровзрывных работ i,CSP). Перегрузочные склады но карьерах выполняют три технологические функции: это связующее звено между автомобильным и железнодорожным транспортом; аккумулятор объемов рудной массы, обеспечивающий бесперебойную работу технологического транспорта,: смесительное устройство (СУ), обеспечивающее определенный уровень стабилизации качественных характеристик рудной массы. После БВР формирование складов является вторым управляемым процессом воздействия на качественные характеристики руда,

К управляющим операциям следует отнести внутризабойную селекцию и диспетчерское управление горными работами.

Схема цепи аппаратов ДОФ в общей технологической цепочке может рассматриваться как естественная стабилизирующая подсистема. Ее воздействие на входной поток состоит в трансформировании гранулометрических характеристик' потока, изменении соотношения высокочастотной зон спектра дисперсии и низкочастотнсй,

В процессе обогащения руд путем поэтапного удаления пустых пород повышается концентрация полезного компонента, достигая кондиций, регламентированных техническими условиями потребителя.

Несмотря на общность структурного построения технологии формирования качества сырья, кахдое предприятие имеет свои особенности , связанные с горно-геологическими условиями разработки, производительностью, требованиями потребителей и т.д.

БВР - первый этап целенаправленного воздействия на природную структуру горного массива, в котором расположено рудное тело. Рассматривая действие взрыва в плоскости поперечного сечения (,рис.3) и опираясь па обдую теорию деформации, имеем:

с <JU . г ,

где s„ и S - соответственно, плошадь зэходхи в массиве и развале после ВЕР. Но

Принципиальная схема к расчету деформации массива при буровзрывных работах нз карьерах

1С заходка

V 57 =1 ^ ь + *у]=1 + ^ <:40)

и, таким образом, коэффициент разрыхления (кр) имеет вполне определенное физическое описание чероз операцию <11?, которая в применении к вектору Дг дает пространственное расширение или скаляр. На основонии этсто разработан алгоритм плоскостной задачи геометрии развала массива при БВР. При этом координаты точек развала поставлены в зависимость от координат точек буровзрывной заходки и развала;

МрСуУр} = пх^у^кр.Б, щ,Я.й).

Разработанная методика позволяет производить инженерные расчеты по оценке уровня разубозшвания руда при добыче, внутризабойнсй селекции и т.д.

Б работе рассмотрены особенности формирования качества руды на 8 горных предприятиях России и Республики Казахстан, какдоо из которых имеет свои особенности.

Коабянат АО "Северовикель". Главной отличительной особенностью разрабатываемого месторождения является устойчивая закономерность изменения содержания никеля от лежачего бока к висячему . У лежачего бока сосредоточены богатые руды, их количество составляет около 7%, а запасы металла - 30%. Отработка ведется по простиранию, в постоянной работе находятся 2, иногда 3 экскаватора, из которых одна отгружает богатую, другой - бедную руду. Руда автосамосвалаии подается на перегрузочный склад, расположенный на поверхности. На фабрику руда подеется келезнодороишми составами. Исследованиями решен следующий круг вопросов:

- впервые реализована методика оценки усреднительного эффекта при добыче и пероработке руды на основе идеи объединения потоков ;

- установлено, что схема цепи аппаратов Д0Ф обладает усредните льнам эффектом 1] - 0,43, усреднитэльный склад - 0,17. Показано, что слоевая укладка обеспечивает устойчивое соотношение запланированных объемов добычи бедных и богатых руд, что повышает коэффициент усреднения до 0,50-0,55. Технологический еффект от переработки усредненной руда выражается в повышении содвртшя нихеля в концентрате и сшшешш его в хвостах обогащения.

де = — до„ . 2 а

Сорсюнй колибдекоьый комбинат. Отличительная особенность состоит в следущем: технологический транспорт - автомобильный; на борту карьера сформирован усредлительный склад, высокая степень неравномерности оруденения; товарная продукция представлена молибденовыми и медными концентратами.

В качестве первоочередных рассмотрены и решена следующие вопросы:

. - обосновенн геометрические параметры усреднительного склада (вместимостью 160-170 тыс.т) и его пропускной способности (4,3 -5,5 млн.т в год);

- разработана технология разгрузочно-погрузочных работ на складе, обеспечиващая коэффи:щвнт усреднения 0,37-0,48 по содержат® молибдена и меди;

- степень усреднения дробленой руды в бункерах обогатительной' фабрики составляет 30-40%, так что общий коэффициент усреднения "склад - 0Ф" достигает уровня 50-60®;

- по результатам промышленного эксперимента установлено, что экономический эффект складывается из трех составляющих: снижение простоев - 38%, получение более качественного концентрата - 53%, получение дополнительного концентрата - Эй;

впервые получена частотно-характеристическая функция (рис.4) усреднительного склада, укэзываидая на принципиальное отличив реальной кинетики смешивания от модели идеального математического смесителя.

Лисзкобс13Й1 ГОК. Лисаковскве месторождение ~ уникальный природный объект, представленный рыхлыми, слабосцементированными породами, состоящими из оолитов бурого железняка, кварцевого песка и глины. Низкий коэффициент вскрыш (0,2 м3/т), отсутствие буровзрывных работ, железнодорожный транспорт обеспечили высокую производительность забойных экскаваторов и низкие затраты на добычу 1т руды. Технические условия к качеству сырья предусматривают требования по семи показателям: общее содержание железа, гранулометрический состав рудной массы (три класса) и содержание железа в этих классах. Согласно классификации руда разделена на три типа, но четкого разделения между ними нет. Наиболее измен-

н

а>

М

к-'

ч

са М

к

03 СХ, гЗ

Ф'

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

Частотно-характеристическая функция динамической системы "усреднительный склад"

, 2

' .......Г " 1 1 1 ) 1

•1 \ \ Л

//1 г 41

/ // 7 -...

! / [ \ 1

1/ V

О 8 16 24

Длина полупериода колебаний,состав

а) ф-1,0

0,8

0,6 0,4 0,2

О

! 1 ! *

\ ** »; >-+17

& / ;дг7

Р 1/\ 1 I ¡> Ч ( 7/7? / /

—1 \ Л / 3

\ 7 1 ГУ

б)

Длина иолуперкода колебалий,един. ( I = 20 глин.)

I - Лпсаковский ГОК ; 2 - Сорский молибденовый ГОК ; 3 - Еакальскоо РУ

Рис. 4

чивыми показателями являются выход оолитового класса +1,6 мм и -0,15 мм, которые в значительной степени определяют эффективность процесса обогащения (гравитационно-магнитная схема). К особенностям вещественного состава руда относится повышенное содержание фосфора, который сосредоточен в оолитах и при обогащении сохраняется в концентрате с большим содержанием, чем в недрах. Добычные работы ведутся на трех участках (5-6 забоев). Строительство усреднительного склада потребовало решения следующих вопросов:

- отработать технологию работы горно-транспортного оборудования в связи с одновременной подачей руда на фабрику и усредни-тельный склад;

- оценить пропускную способность склада, его усреднительные возможности при различной технологии формирования и обосновать технические условия к качеству руды для ооогащения;

- произвести техкико-экономическу оценку еффективности переработки усредненной руды.

В результате промышленного эксперимента с переработкой 1,2 млн.т руды установлено:

- частотно-характеристическая функция (рис.4) динамической системы "усреднительннй склад" описывается оператором, третьей степени, что полностью согласуется с теоретическим выводом;

- полного погашения высокочастотной зоны спектра дисперсии в реальных динамических системах не происходит. Длкннопериодше колебания проходят через динамическую систему не претерпевая принципиального изменения;

- существует область наиболее полного погашения спектра дисперсии входного сигнала, система в состоянии генерировать собственную частоту;

- при перемешивании рудной массы происходит стабилизация всех качественных характеристик, однако, степень стабилизации не одинакова: содержание железа - т) = 24-72%; выход классов различной крупности - т| = 15-66%;

- технологический эффект проявился в увеличении выхода концентрата на 2-5%, извлечения на 1,6-5,6%, чистая прибыль составляет 0,5% от себестоимости товарной продукции.

Костоиукшский ГОК - единственное предприятие, где реализована практически в полном объеме система оперативного контроля

качества железорудного сырья на стадии добычи и на этой основе разработана система управления транспортными потоками в карьере. Широко развитая сеть рудоконгрольных станций (РКС) создала объективные условия для решения следущего круга задач:

- разработка и внедрение технологии подготовки руды, обеспечивающей уровень стабильности содержания железа на перегрузочных складах 55-60%;

- обоснование технических условий к показателям качества руды и оценка влияния колебаний содержания железа в перерабатываемой руде на технологические показатели обогащения;

- оценка кожчестшншх. я качеитвонных характеристик рудного потока "сырая руда - концентрат - окатыши" в связи с развитием горных работ в зоне Переслаивания, 'Находящейся на стыке Центрального и Южного участков рудного поля.

Установлено, что наиболее технологичной схемой формирования складов является интенсивное и поочередное заполнение перегрузочных складов в рэкиме: "основной склад", "резервный склад", "ззбэ-лзнс". Яри такой схеме внутршптабелъное усреднение оценивается значением г) = 63®. Специальные исследования подтвердили следующие три положения:

- схема цепи аппаратов дробильного отделения фабрики обладает усредлительным эффектом, равным т)=23%;

- система сборочных конвейеров до и после распределительного бункера обладает усреднлтелькым эффектом т|=26:?. Тают* образом, общий усреднительный эффект на ДОФ до сливов стервневых мельниц составляет т]=48Ж;

- при раздвоении первичного рудного потока существует корреляционная зависимость между вновь образованными двумя потоками такая, что Я р< !:

Костомукшский ГОК (конвейеры $ 13-14) - Н13_1^= 0,53; Михайловский ГОК (конвейеры й 1-2) - Н,_Р=0,86; ССГПО (конвейеры $ 3-4) - Л3 = 0,38, КсршуновскиЙ ГОК (конвейеры Л 7-8) - Ят_ц= 0,43.

Для аналитического описания взаимосвязи содержания келеза в исходной руде и продуктах обогащения использована функция желательности в виде:

Р = А ехр-|-Г (а) ехр ф(2)1|, (42)

из анализа которой следует, что если процесс обогащения описывается линейными функциями, связывающими качество исходного минерального сырья с технологическими показателями переработки, то вариация аргумента этой функции не приводит непосредственно к систематическому сникешю или увеличению контролируемого показателя. Следовательно, главным возмущающим фактором является нестабильность таких технологических показателей как: нагрузка на секции, расход воды, отношение "твердое-жидкое" при измельчении, техническое состояние оборудования и коэффициент его использования.

Кориуновскнй ГОК. Развитие сырьевой оазы выдвинуло на повестку дня вопрос совместной переработки руд Татьянинскогс и Рудногорского месторождений, которые характеризуются как трудно-обогатимые, с рудами собственно Коршуновского месторождения. Проектные проработки предусматривали несколько схем í2з сочетания валового к селективного способов добычи и переработки на обогатительной фабрике.

В качестве первого этапа детально рассмотрен вариант селективной добычи богатых руд на карьерах и усреднение рядовых руд на складе перед фабрикой. В результате исследований установлено:

- усрэднительный эффект на действующих перегрузочных складах (вместимость 20-25 тыс.т.) составляет т)=32%. Однако, увеличение фронта разгрузки и полное заполнение скдада (40-50 тыс.т.) позволяет достичь уровня 17=46%;

- усреднительный эффект склада перед фабрикой при смешивании рудногорской и собственно корщуновской руды при выполнении технологической инструкции по формированию склада может составить 71=55-61%;

- усреднительный эффект распределительных бункеров силосного типа составляет гр=2?%. При подаче определенного количества рудногорской руды непосредственно на фабрику в отдельный бункер, на сборочном конвейере при совместной работе трех бункеров коэффициент усреднения составил г]=50%;

- результаты моделирования загрузки складов показали, что высокочастотная зона спектра входного потока сохраняется в структуре сечения штабеля. Деформации подленит в основном зона длинных периодов.

35 а

= ТГ твх»

где а - ширина кузова, ь - фронт разгрузки, твх - полупериод колебаний входного потока, а % - то же в сечении склада.

с

ССГПО - крупнейшее горноэ предприятие, которое классифицируется как слсаная производственная система, включающая в себя 5 рудников, две фабрики (ДОФ-2, ДОФ-З), фабрику глубокого обогащения (МУС), скомкования и производства окаилвей. Ввод рудников в эксплуатацию осуществлен по этапам, качество и признаки обогати-мости магнетитовых руд каждого из рудников отличаются друг от друга. Исследованиями охвачен следующий круг вопросов:

- оценка усредлительных возможностей карьерных перегрузочных складов и схемы цепи аппаратов ДСФ;

- взаимосвязь мэяду производительностью ДОФ-З и карьерами;

- влияние колебаний качества сырой руды на тэхнологические показатели обогащения, обоснование технических условий к руде, направляемой на обогащение;

- оценка возможности селективной добычи богатых руд на Ка-чарском месторождении, совершенствование учета полноты и качества извлечения запасов при добыче.

Главные вывода проведенных исследований сводятся к следующему:

- на крупных карьерах добыча руды производится достаточно большим количеством забойных экскаваторов, рассредоточенных по всему карьерному полю. Однако, на перегрузочные склады чаще всего руда подается из 5-3 забоев. Это в первую очередь определяется развитием транспортных магистралей и условиями эффективного использования технологического автотранспорта;

- качество руды на перегрузочных складах в этак условиях есть производная от плана развития горных работ:

- перегрузочные склада выполняют функцию аккумуляции в своих геометрических обьомах руды о целью создания условий ритмичной руботы автомобильного и железнодорожного транспорта и обеспечения условий независимой работы карьеров по добыче руды от приема фабрики и работы транспорта;

- г рудных потоках "склад-ДОФ" могут проявляться периодические составляете колебаний, природа которых связана с системой" недельного и месячного планирования, но долю которых приходятся,

соответственно, 20-30 и 33-35%;

- ограниченность фронта разгрузки на перегрузочных складах (не превышает 35-40 м) и неполное их заполнение приводит к низкому усреднительному эффекту (т}--12-17%) против теоретически возможного 71=40-45% при заполнении склада 4 забоями;

- схема цепи аппаратов ДОФ-3 обладает усреднительным эффектом т)=19,7%. Усреднителыше возможности промбункера фабрики ММС оцениваются уровнем Т1=18-32%, в целом усредлительная возможность фабрики составляет г)=35-452;

- потери металла при обогащении зависят как от вариации содержания железа в промпродгкте (V), так и от периода стабилизации (Т)

&е = -0,016 V2(4,5 - 1п I). (44)

Г = 0,66.

Наибольший эффект достигается при создании условий стабилизации. 7-14 дней.

Бакальскоа РУ разрабатывает месторождения бурых железняков и сидеритов, являясь слоашоструктурнм горным предприятием: три рудника, шахта, три ДОФ, обжиг-обогатительная фабрика сидеритов и аглофабрика. Товарная продукция представлена пятью основными видами: дробленая руда (3), агломерат, концентрат.

Перегрузочные карьерные склады емкостью 10-20 тыс.т обеспечивают коэффициент усреднения от 10-16% до 30-60%.

Особое место в рудоподготовительном комплексе занимают специальные усреднителыше склады эстакадного типа, предназначенные для рудной мелочи (-16 им). Здесь коэффициент усреднения достигает т)=60-65®.

Обработка информации входного и выходного потока с интервалом опробования 20 мин. подтвердила, что частотно- характеристическая функция (рис.4) приближается к оператору динамической системы третьей степени.

Установлено, что при агломерации происходит увеличение амплитуды содержаний железа почти в 2 раза по сравнению с данными входного потока (эффект разусреднвния). Причиной тому неравномерное распределение карбонатов в рудной массе, которые при неравномерном обжиге приводят к дисбалансу химических элементов в агломерате

о = ?е -2 , (45)

где 2 - потери при прокаливании;

оа - стандарт содержания железа в агломерате за счет колебаний карбонатов.

Донской ГОК - крупнейший поставщик высококачественной хро-митовой продукции предприятиям по производству феррославов, огнеупоров, химической промышленности. Это определило сложную структуру технических условий к качеству сырья и товарной продукции: девять параметров вещественного состава, три класса по крушюоти, четыре мерка по условиям потребителей, требования к граясоставу смеси (количество мелкой фракции), количество пустой порода в товарной партии. Богатые руды подготавливаются как товарная продукция, бедные - обогащаются. Как показал анализ, для того, чтобы гарантировать выполнение технических условий к товарной руде, предриятие вынуждено на 1,5-2,0% (до 5%) завыиать качество з сырой руде, неся при этом определенные убытки.

Исследования подтвердили, что эффективность усреднения на перегрузочных окладах невелика (т)=10-50?» при среднем значении 31%).

Одна из проблем предприятия связана с переработкой слецот-валов бедных руд. Разработанное решение предусматривает усреднение бедных руд карьера и спецотволов на Центральном усредиитель-ном складе с рядовыми рудами, добываемыми в карьере. Коэффициент усреднения предложенной схемы оценивается уровнем г,=70-80%.

На базе рассмотренных предприятий разработаны методические положения по оценке прибыли от мероприятий по стабилизацш! качественных характеристик сырья и сделаны рекомендации по совершенствованию хозрасчетных отношений на горных предприятиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Минеральное сырье как категория товарного производства в определенных условиях приобретает потребительскую стоимость, которая .формирует целевую функцию горного производства — обеспечить потребителя товарной продукцией заданного качества и количества.

Технология формирования качества сырья квогогранна многофункциональна многофакторнэ и одновременно детермпнировонна в своем

этапном решении и структурном построении, что позволяет рассматривать ее как сложную динамическую систему, преобразующую природные качественные характеристики и свойства руды в общественно необходимые продукты. Здесь разрешаются противоречия между требованиями потребителя и возможностями поставщика, между законами интенсивного ведения горных работ, рациональным использованием запасов месторождений и социальными и экологическими последствиями горного произоводства.

Эффективность технических решений определяется уровнем и глубиной научной проработки взаимосвязей между технологическими элементами этой системы, использованием закономерностей трансформации качественных характеристик от недр до товарной продукции, оптимизацией трудовых и материальных затрат.

Таким образам, технология формирования качества руды в процессе добычи и первичной переработки заступает объектом научного познания, а общие закономерности и индивидуальные особенности этого процесса, составляют предмет научного исследования.

В диссертации на основе выполненных автором научно-исследова-• тельских работ представлены результаты теоретических исследований, совокупность которых составляет существенных вклад в развитие нового научного направления - технология формирования качества руды при добыче и первичной переработке (рудоподготовка), обеспечивающая достижение стабильных качественных характеристик в товарной продукции, соответствующих техническим условиям потребителей, на основе разработки наиболее рациональных методов, способов и средств ведения горных работ с наименьшими материальными и трудовыми затратами.

Основные научные и практические результаты исследований:

1. Обоснованы и разработаны концептуальные положения подготовки минерального сырья к переработке, которые сводятся к следующему :

- процесс формирования качества руды при добыче есть реализация целевой функции горного производства - обеспечение обогатительной фабрики сырьем заданного качества и количества;

- в основе конструктивного решения технологии формирования качества руды лежит принцип поточности горного производства;"

- головным процессом является горно-добывающий комплекс, обеспеченный обратной связью с требованиями потребителя.

2. Установлено, что принцип поточности горного производства реализуется е транспортной схеме карьера путем объединения потоков технологического транспорта в -пунктах перегрузни (карьерные перегругочные склады, приемный бункер фабрики) и в схеме цепи аппаратов ОФ на сборочных конвейерах и распределительных

еункерак. Первая схема решает задачу по созданию высокочастотного спектра колебаний качественных показателей рудного потока с увеличением дисперсии. Вторая схема - погашает амплитудную характеристику потока, формируя высокочастотный спектр.

3. Показано, что амплитудная характеристика потока, определяемая отклонением текущего значения показателя от среднего уровня, формально отвечает условиям векторной величины: имеет знак (направление), характеризуется модулем (скаляром) и складывается геометрически. Это позволило представить дифференциал потока в векторной форме и разработать алгоритм математических действий с векторными и скалярными характеристиками потоков, который составил основу усовершенствованной методики инженерных расчетов по оценке стабилизирующего эффекта динамических систем.

4. Теоретически установлено и практически подтверждено положение о том, что динамические системы, функционирующие в режиме погашения амплитудных характеристик входного потока, не погашают или погашают лишь частично высокочастотную часть спектра, имеют зону наибольшего погашения спектра, могут генерировать собственную частоту колебаний, практически не воздействуют на низкочастотную область спектра. Эти обстоятельства могут служить наиболее вероятными теоретическими аргументами для объяснения зксперментально установленного факта - дисперсия показателя при смеиивачип разнокачественных контрастных материалов стремится к некоторому предельному значение».

5. Экспериментально установлен эффект пластичности (вязкости) сыпучих материалов при их активном перемешивании. Эффект проявляется в форме независимости стандарта колебаний контролируемого показателя при фиксированной представительности проб от количества совершенной работы по перемешиванию. Это означает, что критерии оценки гомогенности смеси являются относительными и дожны применяться в контексте с объемом представительности проб и ей соответствующей вероятностной погрешностью. Теоретически недопустимо, а практически недостижимо условие идеальной гомогенности смеси. Опредедяводши факторами здесь являются гранулометрический состав, плотность материала, влажность, электростатические силы.

6. Установлена аналитическая зависимость между геометрическими характеристиками динамических рядов и параметрами корреляционной функции. В качестве геометрического параметра принимается среднее значение полупериоца колебаний контролируемого показателя; основным параметром корреляционной функции является коэффициент погэ&ения (V, увеличение среднего полуперкода при-

водит к уменьшение л, область значений которой изменяется от О до со. Эта зависимость позволяет ухе на стадии проектирования конструировать динамические последовательности по заданным вероятностным характеристикам и. следовательно, придать целенаправленность принимаемым решениям.

7. Перегрузочные склады на карьерах, как связующее звено между автомобильным и железнодорожным транспортом, выполняют две основные технологические функции: аккумулируют в себе определенное количество руды для обеспечения бесперебойной работы транспорта и усредняют руду, подаваемую из различных забоев. Промышленные эксперименты подтвердили теоретический вывод о том, что карьерные перегрузочные склзды облацзют незначительны;/! внутрштабельным усреднительным эффектом (коэффициент усреднения не превышает 40%). Определяющими факторами здесь являются :

- количество одновременно работающих рудных забоев при формировании перегрузочного склада (как правило, 1-2 забоя, редко три);

- перегрузочные склзды относятся к классу пассивных смесителей и поэтому отсыпка, их крупнокусковым материалом,, учитывая явление сегрегации, не обеспечивает необходимой гомогенности рудной массы;

- малые геометрические параметры складов (малый фронт разгрузки) .

Нейтрализовать эти факторы, как показывает опыт Костомукшского ГОКа, молено только созданием системы оперативного контроля и управления качеством руды перед складом. В этом случае степень усреднения достигнет 55-65%.

8. На крупных горных предприятиях, тогда в формировании грузопотока на фабрику участвует больше трех перегрузочных складов, недостатки внутршгтабэльного усреднения компенсируются регулируемой последовательностью поступления составов на фабрику (первый принцип формирования потоков).

На карьерах, где количество перегрузочных складов меньше трех, усреднительная функция приобретает первостепенное значение, т.к. сменный грузопоток на фабрику в 85-85% случаях формируется подачей руды с одного перегрузочного склада.

9. Разработаны основы геометрической корреляции поверхностей, которые позволяют производить оценку достоверности горно-геометрических графиков, построенных в изолиниях.

10. Разработана математическая модельпозволяющая описать характер деформации рудных контуров в развале массива при взрывных работах на карьерах.

11. Разработана методика оценки вероятностных характеристик качественных показателей руды при объединении потоков в форме нового класса функций распределения, сохраняющих постоянство среднего значения показателя. Полученный запон распределения полностью соответствует "Закону больших чисел" теории вероятности,

12. Схема цепи .аппаратов дрэбильно-сортировочвого и обогатительного комплекса является естественной стабилизирующей системгм о усреднительным эффектом 40-552, реализующая принципы активного и пассивного перемешивания. При конструировании усреднительных систем этот факт необходимо учитывать.

Разработки и рекомендации по совершенствованию технологии формирования качества руды в карьерах, планированию и учету показателей полноты и качества извлечения запасов руды при добыче внедрены на горных предприятиях Урала, Казахстана, Сибири, Кольского полуострова. Результаты исследований использованы проектными институтами "Механобр", "Уралмеханобр", "Гипро-руца", "Урадр'/дпроипроект", а также в разработке нормативно-методических документов по рациональному использованию запасов минерального сырья.

По теме диссертации опубликовано 74 работы, в том числе следующие :

1. Гальянов А.8. Анализ случайного и закономерного при исследовании горно-геологической информации // Вопросы рационализации маркшейдерской службы на горных предприятиях.-Свердловск, 1370 - С. 33-89. (Труды / СГ'И, N 65).

2. A.C. 508279 СССР, MKJ1. В65 д.67/00 Машина для усреднения сыпучих материалов / Васильев М.В , Еастач П.П., Юдин A.B., Федосов (O.K., ¡'лючкин Е. И., Галь янов A.B.- К 1955220/27-11,- Заявлено 15.08,73. Опубл. СО.03.76. Вол. N12 // Открытия. Изобретения.-1976,- М 12,- с.10.

3. Гальянов A.B. К вопросу математического описания кривых распределения // Изв. вузов. Горн, журн.- 1971,- N 7,- с. 44-43.

4. Газьяяов а S. Теоретические предпосылки количественной оценки изменчивости показателей. Изв. вузов. Гсрн. ».урн,- 1973. -N 1.- С.38-44,

5. Бастан П.П., Гальянов A.B. Эффективность использования смесительных устройств для усреднения качественных показателей судных потоков // Труды / ИГД МЧМ СССР,- Свердловск, 1975. -

ВЫП.47,- С.18-21.

6. Бастан П.П., Гальянов A.B., Костина Н.К. К методике расчета складов аккумуляторов в системе горного производства //Труды / ИГД МЧМ СССР.- Свердловск, 1375.- Вып.47.- С.22-27.

7. Гальянов A.B., Леонтьев А.Т. Влияние изменений состава перерабатываемой руды на некоторые технологические показатели шахтной плавки силикатно-никелевых руд // Вопросы рационализации маркшейдерской службы на горных предприятиях.- Свердловск, 1975.-С.4.- (Труды СТ'И, N 123).

8. Гальянов A.B., Бастан П.П., Новоселова С.Б. Расчет дисперсии показателей при объединении потоков // Сб. научн. трудоЕ / ИГД МЧМ СССР.- Свердловск, 1Q7G.- Вып.49.- С.3-7.

9. Гальянов A.B., Кабаев А.Л., Молтусов Г.П. Об оценке ус-реднительнаго эффекта при объединении рудных потоков // Изе. вузов. Горн, журн.- 1977.- N 6.- С.14-17.

10. Басган П.П., Гальянов A.B., Кабаев А.Л., Костина Н.К. Эффективность системы усреднения руды на Коршуновском ГОКе // Проблеьы повышения эффективности производства в условиях гор-' но-обогатительных комбинатов черной металлургии: Меж. вуз. научн. -тем. сб./ СГИ.- Свердловск, 1977.- N1,- С.30-34.

11. Гальянов A.B., Леонтьев А.Т., Васильев М.М. Расчет браковочного содержания полезного компонента при отгрузке руды из приконтактовой зоны // Вопросы рационализации маркшейдерской службы на горных предприятиях.- Свердловск, 1977,- С.5.- (Труды /СГК, N 13).

12. Фетисов В.А., Щелканов В.А., Гальянов A.B. Передовой опыт совершенствования технологии открытых горных работ на ДонГО-Ке / ИГД МЧМ СССР,- М.- 1979.- С.19.- Деп. в Чэрнетинформ. 25.09.79, N 1846.

13. Бастан П1П., Гальянов A.B., Ключкин Е.И., Кабаев А.Л. Совершенствование системы усреднения руды ка Бакальском РУ // Горное производство. Технология открытых горных работ.- Свердловск, 1979,- С. 51-59,- (Труды /,ИГД МЧМ СССР, N 58).

14. Гальянов A.B., Кввчкик Е.И., Бастан П.П. Спектральное разделение стационарных динамических рядов на конечном участке Бремени по опытным данным // Изв. вузов. Горн, журн.- 19S0.- N 5.- С. 47-50.

15. Бастан п.П., Гальянов A.B., Ключкин Е.И. Усреднение руд в многослойных штабелях // Обогащение руд.- 1979, Н 3,- С.18- 21.

16. Нестеров Г.С., Бастан П.П., Гальянов A.B. Математическое обеспечение решения задач моделирования процессов переработки железных руд на ГОКах // Применение ЭВМ и математических методов в горных отраслях промышленности. Обогащение полезных ископаемых:

Труды 17-го сичпоз.- М. : Недра, 1983.- С. У09- 312.

17. Бастан П.П., Гальянсв A.B., Клпчкин Е.И. К обоснованию требований к различным .этапам рудоподготовки // Труды / КГД WM СССР. - Свердловск, 1980.- Вып.63,- i"\."3-3i.

13. Гальанов A.B., Шерстянкин O.A. К вопросу конструирования рудных потоков по ' заданным вероятностным характеристикам// ДПТ открытых горных работ на современных глубоких карьерах,- Свердловск, 1981,- С. 66-72,- (Труды / КГД. N 67).

19. Гальянсв A.B. К вопросу деформации рудных контактов при бурсЕзрывкых работах на карьерах // Вопросы рационализации маркшейдерской слуабы на горных предприятиях: Межвуз. науч. темат. сб. / СГК,- Свердловск, 1981.- il 2.- С.61-65.

20. Гальянсв A.B. Перспективы добычи богатых руд на Качарс-ком месторождении // Проблемы разработки месторождений на больших глубинах,- Свердловск, 1932,- С.35-40.-(Труды/КГД МЧМ СССР, N 69).

21. Гатьянсв A.B., Самсонов Г.А. Результаты промышленного эксперимента по переработке усредненной и кеусредненисй руды / КГД МЧМ СССР,- Свердловск, 1534,- 7с,- Дел. в Черметкнформ. 12.06.84, N 2494.

22. Гальяков A.B. Взаимосвязь ме?эду производительностями карьеров и ДОФ-3 на ССГОКе / ИГД МЧМ СССР,- Свердловск, 1984.- 8 е.- Деп. в Черметинформ. 12.03.84, M 2495.

23. Бастан П.П, Гальянсв A.B.. Самсонов Г.Л. Оценка степени усреднения дробленой руды в распределительных бункерах фабрик // Изв. вузов. Горн, журн.~ 1984.- N 4,- С. 19-21.

24. Гальянов A.B. Теоретические предпосылки геометризации производственных процессов в горном деле // Вопросы рационализации маркшейдерской службы на горных предприятиях. Мелсвуз, научн. темат. сб./СГИ.- Свердловск, 1983.- Вып. 3.- С. 70- 78.

25. Гальянов A.B. Принципы формирования рудных потоков на крупных горных предприятиях // Вскрытие глубоких горизонтов железорудных карьеров.- Свердловск, 1385.- С. 33-89,- (Труды / ИГД МЧМ СССР, N 78).

26. Гальяков A.B., Лаптев Ю.В. Эффективность совместной переработки руд Коршуновского к Рудногорского месторождений // Совершенствование технологии разработки железорудных месторождений открытым способом.- Свердловск, 1986.-С.135-146. - (Труды/ИГД, К81).

27. Гальяков A.B., Лаптев Ю.В., Федорова Л.М. Эффективность работы смесителя ДВХ-1000 при производстве порошков электротехнического нериклаза/.' Огнеупсры.-1938. N 8,- С.41-45.

28. Гальянов A.B. Исследование технологической схемы формирования рудных перегрузочных складов на глубоких карьерах// Техническое перевооружение делезорудных карьеров,- Свердловск.

1938,- С.91-103,- (Труды / ИГЛ, М 86).

29. Гзльянов A.B., Лаптев Ю.Б. Исследование процесса перемешивания дробленого рудного материала'// Управление качеством руды на горных предприятиях: - Свердловск, 1383.- С. 77-89.- (Тр/ды /' ИГД, N 87).

30. Гальянов А.Б., Исаченко 0.0., Васильев М.М., Яшкина А.П. О технологических границах выемочной единицы на крупных карьерах // Горн, журн,- 1989,- N 12.- С. 18-21.

31. Патент N 2012806 РФ, МКИ Е21С 41/26. Способ отработки взрывных блоков / ГальяноЕ A.B., Леликова H.A., Можаев Л.В., Бе-лекко В.И,- N 4680352; заявлено 18.04.89 /7 Открытия. Изобретения.- 1994,- М 9,- С. 4.

32. Патент N 2015331 РФ, МКИ Е21С 41/26, Способ открытой разработки рудных месторождений / Гальянов A.B., Леликова H.A., Ермолаев А.И., Ееленко В.К.- К 488358; заявлено 8.10.90. Опубл. 30.06.94; приоритет 8.10.90 // Открытия. Изобретения.- 1994.- N 12.- С.4.

33. Гальянов A.B., Леликова H.A., Лазарев Л.А., Хаснулин М.Х., Шиколев В.А. Способ контроля качественных параметров железорудного материала б кузове транспортного средства // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 5031659/10/041522 от 7.09.92.