автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Влияние эффекта сегрегации на технологию рудоподготовки на карьерах Горного управления ОАО "Комбинат Магнезит"

Г5 Ой Институт горного дела

Уральское отделение Российской Академии наук / б И'-ОП

На правах рукописи

Ковалев Михаил Николаевич

Влияние эффекта сегрегации па технологию рудоподготовки на карьерах Горного управления ОАО "Комбинат Магнезит"

Специальность 05.15.03 "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург, 1998

Официальные оппоненты:

лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор

Зотеев В.Г.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Бурыкин С.И.

Ведущая организация - АООТ "Институт "Уралгипроруда"

Защита состоится " 3 " июня 1998 г. в 14— час. на заседании диссертационного совета К - 200. 52. 01 при Институте горного дела УрО РАН по адресу. 620 219, г. Екатеринбург, ГСП - 936, ул. Мамина-Сибиряка, 58.

Отзывы на диссертацию в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке института.

Диссертация в виде научного доклада разослана ".......".................... 1998 г

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук

старший научный сотрудник дЖ^г^З*/- Аленичев В.М.

ОЫЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. I) общем балансе используемых первичных природных ресурсов мира более 90 % приходится на долю минерального сырья. В современных условиях формирование потребностей в минеральном сырье уже претерпело некоторые изменения и в дальнейшем они будут определяться принципами разумной достаточности, минимизации экономических издержек и все возрастающими экологическими требованиями к горному производству.

Исходя из того, что запасы полезного ископаемого не безграничны, а стоимость их извлечения из недр постоянно увеличивается, главной направленностью горного производства становиться удовлетворение noipeímoc-icii в минеральном сырье за счет более рационального .. полного использования добываемых полезных ископаемых на освоенных месторождениях.

В этой связи актуальными являются вопросы совершенствования технологий освоения месторождений на базе технического перевооружения предприятия. Представляется что наиболее реальным в настоящее время решением проблемы реконструкции технологических схем ведения добычных работ па действующих предприятиях является внедрение в них новых промежуточных технологических звеньев, позволяющих уже на стадии добычи минерального сырья концентрировать в рудной массе полезный компонент и, гем самым, существенно снизить затраты на его переработку.

ОАО "Комбинат"Магнезит'' занимает совершенно исключительное положение в промышленчо-металлургическом комплексе России и стран СИГ, являясь единственным предприятием, добывающим и перерабатывающим природный кристаллический магнезит и обеспечивающий около S0 % потребности промышленности в магнезиальных огнеупорах. Уникальность предприятия и эксплуатируемых им месторождений привели к интенсивной огработке запасов и истощению его собственной сырьевой баял.

Анализ показателей добычных работ на карьерах Горного управления- позволяет констатировать снижение уровня кол им ест ионных и качественных потерь, что и определило пути повышения эффективности .тобы-"Н магнетита и всего трного передела в целом. Динамика-'изменения ка-чеспш рулы oí его исходного состояния в недрах до тепловых ai peí .1-iob обжиговых цехов по iваляет сделать следующие выводы.

- ;и'я месторождений магнезита характерно ярко выражешпя дифференциация в лробимости руды (магнелгт - вязкий, трудной ¡рываемий; и вмещающих ее пород;

- ирос.теливаегся прямая зависимость качества рултм массы oí с; i ранх.'юмсфичеекою состава.

- указанная заш1сим(ч.ть приводит к низкой эффективности применения фадицнонных схем усреднения руды на перефузо шых складах ш-ш се сегрегации.

Исковой опыт горных работ на ОАО "Комбинат "Магнезит" покачивает, чю для . выполнения требовании технических условий (ТУ) иофебшеля к качеству сырья необходим комплексный подход к решению технических задач. Оптимизация фудовых и мшериальных заipai, направленных на решение этой задачи, составляет основу для разработки новых нугей ей решения. Вместе с тем, опыт показывает, что в условиях карьера использование эффекта сегрегации руд по крупности для пов1>ипепия эффективности рудоподготовительного комплекса является одним из перспективных направлений.

Эффект сегроации в горном деле в основном рассматривался при форми|ювании высоких отвалов пустых пород. Iii о влияние па качество руд практически не исследовано, чю и определяет' научную актуальность наставленной проблемы.

Таким образом, объектом исследовании, является рудоподкь ювптельный комплес на карьерах ОАО "Комбинат Магнезит", а общие закономерности сегрегации и трансформации качественных характеристик магнезитового сырья, управляющие воздействия на сырье для обеспечения требований технических условий потребителя составляют' предмет настоящих исследований.

Цель работы - повышение эффективности рудоподготовшедьпых операций в карьере на основе использования закономерностей ceipeiaumi крупнокусковой магнезитовой массы при формировании рудных штабелей

Идея исследовании состоит в использовании эффекта capa атш но крупности кускового минерального сырья и зависимости качественных характеристик рудной массы or её гранулометрического состава для разработки технологических схем рудоподготовки в условиях карьера.

В работе поставлены следующие задачи :

- исс едовать закономерности формирования внутренней структуры штабелей при их отсыпке;

- оценить влияние исходного ¡рансостава рудной массы на проявление -к|и|юкта сегрегации,

- исследован, зависимость качества магнештовой массы от ее гранулометрическою состава;

- определить области эффективного использования устаи пленных закономерностей сегрекщии но крупности в технологии рудоподююпки Mai nein юных масс;

- дли. кчшстричсскую шпернрстацию закономерностям тмеиепия

качественных характеристик ири 01еыпке рудных штабелей

По результатам выполненных исследований на защиту выдвигаются следующие научные положения :

при формировании штабелей кусковым рудным материалом отмечается закономерность: отсыпка производится наклонными слоями, а распределение масс по крупности формирует слои, параллельные основанию штабеля;

- вертикальная зональность в распределении кускового материала внутри штабеля определяет геометрические закономерности изменения качественных показателей рудной массы при наличии их зависимости от её гранулометрического состава ;

- контрастность разделения кускового материала по крупности при отсыпке его на плоскость естественного угла откоса прямо зависит от гранулометрического состава и отношения высоты штабеля к размерам максимального куска отсыпаемого материала.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались анализ и обобщение теоретических разработок, корреляционный анализ, имитационное и математическое моделирование, лабораторный и промышленный эксперимент, технико-экономическое сравнение вариантов, пакет программ РС 1ВМ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обосновывается результатами теоретических исследований, массовой обработкой статистических данных (представленные материалы обобщают более 18 тыс. результатов лабораторного опробования) с учётом большого числа определяющих факторов и отражением этих данных в математических моделях, проведением в необходимых объемах целенаправленных лабораторных и промышленных испытаний, удовлетворительной сходимостью их результатов с фактическими показателями добычных работ, внедрением разработанных предложений на карьерах Саткинской группы месторождений магнезита.

Научная новизна результатов исследований состоит в том, что:

- установлена неадекватность оценок контрастное™ разделения кускового материала по круппости под влиянием эффекта сегрегации на открытой поверхности откоса штабеля и внутри его тела;

- установлена общая геометрическая закономерность формирования внутренней структуры штабеля кускового материала при его отсыпке в штабель: разделение материала по крупности происходит параллельно основанию штабеля независимо от угла его наклона;

- количественно определено влияние эффекта сегрегации па трансформацию качества складируемых рудных масс, имеющих зависимость вещественного состава от их гранулометрического состава;

- установлено, что ча счёт неоднородное!и I раиулометрическо! о состава складируемой рудной массы её плошосп, мгири штабеля днф-

ференцирована, что создаёт условия для образования "карстовых" зон;

- установлено, что отсыпка штабелей "тонкими" слоями во всех случаях предпочтительнее, чем отсыпка "толстыми" слоями, т.к. в этом случае достигается большая плотность укладки материала, что снижает "закарстованность" внутренней структуры отвального тела и обеспечивает устойчивую зональность распределения масс в нём.

Практическое значение исследований состоит:

- в разработке технологических решений по организации добычных работ в режиме целевой рудоподготовки, учитывающих зависимость качества магнезитовых масс от их гранулометрического состава, и разработке на этой основе методики отработки рудных штабелей, обеспечивающей повышение выхода высококачественных руд и стабилизацию качества сырья перед обогащением и обжигом;

- в разработке конструкции сортировочно-перегрузочного склада и грохотильно-перегрузочных пунктов, обеспечивающих повышение выхода высококачественных руд;

- в разработке критериев рудоподготовки минерального сырья на перегрузочных складах карьеров;

- в разработке методики описания геологического строения специальных отвалов бедных руд на основе анализа добычных работ прошлых периодов с применением пакета программ РС ШМ;

- в получении новых научных результатов по сегрегации рудных масс и использовании полученных данных при расчёте устойчивости отвалов.

Реализация работы. Результаты исследований положены в основу рекомендаций и технологических решений по формированию качества добываемой руды на карьерах ОАО "Комбинат "Магнезит". На основании результатов теоретических исследований усовершенствована технологическая схема рудоподготовки магнезитового сырья и внедрены сортировочно-перегрузочные склады и грохотильно-перегрузочные пункты. Рекомендации автора использованы ИГД УрО РАН и проектной организацией "Уралгипроруда" при разработке технических систем рудоподготовки магнезитовых масс, обосновании эффективности технических решений по обеспечению повышенных требований к качеству руды и разработке технических условий (ТУ).

Личный вклад автора состоит:

- в постановке задач, организации и проведении промышленных экспериментов;

- в разработке технологических решений ведения горных работ и конструкций грохотильно-перегрузочных пунктов;

- в установлении основных закономерностей сегрегации рудного материала при отсыпке штабелей;

- в обосновании концепции добычных работ в режиме целевой рудоподготовки.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы опубликованы в технических периодических изданиях, докладывались на межгосударственных научно-технических конференциях "Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала" (Магнитогорск, 1995 г.) и "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (Магнитогорск, 1996 г.), 2-ом международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд" (Санкт-Петербург, 1996 г.), научно-технической конференции "Компьютерные технологии в горном деле" (Екатеринбург, 1996 г.), международной конференции "Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами (Мельниковские чтения)" (Челябинск, 1996 г.), 4-ом международном симпозиуме "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях" (Белгород, 1997 г.), на совещаниях в институтах ИГД УрО РАН, Уралгипроруда, ВИОГЕМ, Магнитогорской горно-металлургической академии, а также на технических совещаниях ОАО "Комбинат "Магнезит" и АО "Бакальское рудоуправление".

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 16 работах.

За последние годы произошли существенные изменения в состоянии сырьевой базы большинства горнодобывающих предприятий страны, а развитие рыночных отношений определило принципиально иной подход к формированию потребительской стоимости минерального сырья. Новый взгляд на решение проблем горного производства достаточно ярко выразил д.т.н. Чернегов Ю.А. : "Несмотря на внешнюю схожесть технологий ... эффективность разработки полезных ископаемых ... обеспечивается именно благодаря отличительным признакам, индивидуальным особенностям технологических процессов, порядка и режима их выполнения". Таким образом, объединение процесса добычи минерального сырья и его первичного передела на основе использования в рудоподготовке индивидуальных особенностей месторождений полезных ископаемых позволяет рассматривать процесс формирования качества руды на этой базе как наиболее целесообразный в настоящее время.

Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н. А.В.Гальянову (научному руководителю), к.т.н. Ю.В.Лаптеву за творческое сотрудничество, а также главному геологу Горного управления ОАО "Комбинат "Магнезит" А.И.Владимирову и его заместителю А.А.Корчипшу за помощь и участие в реализации научных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе представлены результаты исследований по эффективности технологии формирования качества магнезитового сырья путем повышения качества руд их первичной рудоподготовки на основе учета эффекта сегрегации по крупности.

Анализ литературных источников показал, что проблеме первичной рудоподготовки посвящено значительное количество публикаций. Большой вклад в разработку применения ее методов в различных аспектах для стабилизации качества минерал! ного сырья внесли Азбель Е.И., Аленичев В.М., Бастаи П.П., Гальянов A.B., Грачев Ф.1., Лаптоп Ю.В., Ломоносов Г Г.-, Новожилов М.Г., Пермяков А.П., Ревнивцев В.И., Ржевский В.В., Рудных Т.Г., Секисов Г.В., Ткач В.М., Шестаков В.В., Щупов Л.П., Чернегов Ю.А., Чантурия В.Л. и другие.

Исследованию эффекта сегрегации горных пород по крупности посиящены работы Балагура Я.А., Бастаи а П.П., Вагнера В.Л., Гольянова A.B., Дементьева И.В., Ершова Н.П., Зотеева В.Г., Караулова Г.А., Киртинцева В.А., Краснова A.A., Лаптева Ю.В., Панича Ю.В., Ралченко Г.А., Рожкова В В., Суховерских В.Ф., Тартаковского Б.Н., Учителя А.Д., Фаддеенкова Н.И., Шпакова П.С. и других.

Данные исследования посвящены рассмотрению вопросов рудоподготовки в части сглаживания негативного влияния эффекта сегрегации пород по крупности при складировании их на перегрузочных пунктах карьеров, в бункерах дробильно-обогатительных фабрик, учету этого фактора при определении параметров высоких отвалов.

Анализ существующей технологии формирования качества руды показал, что главным дестабилизирующим фактором является разубожи-вание магнезита вмещающими породами, представленными доломитами и диабазами и содержащими вредные примеси СаО и S1O2

Совместное влияние сегрегации и разубоживания руды приводит к низкому эффекту усреднения магнезитовой массы на карьерных перегрузочных складах [4,6].

Учитывая индивидуальные особенности слагающих магнезитовые месторождения горных пород (магнезит по сравнению с вмещающими породами более вязкий, трудновзрываемый) в качестве первого управляющего воздействия принята организация буровых работ па обеспечение повышенной "блочности" добываемых руд, которая позволяет повысит! эффективность внутризабойной сортировки, но вступает в противоречие с технологией усреднения качества магнезитовых масс при формирова-

нии перегрузочных складов на карьерах и подаче руды в дальнейшее производство.

Решение этой проблемы потребовало изучения влияния эффекта сегрегации на качество руд в процессе формирования штабелей на при-карьерных перегрузочных пунктах [12]. При этом процесс формирования внутриштабельной структуры рудного склада рассматривается с аналитических позиций динамических систем.

Если Х- входной поток, У - выходной, то преобразование X в У через операцию А представляет собой наиболее общую и упрощенную структуру динамической системы

у(0=Ах(0. (1)

где / - время преобразования.

Особенностью рассматриваемого процесса является то обстоятельство, что х и у представляют собой функции нескольких параметров:

* /С4 0). 1 (2)

у / (сI; Д Н/(1тах, р кр, а,!), \ ,

где (1 - крупность куска;

(2 - масса отсыпаемой порции;

Р -угол естественного откоса горной массы;

Н - высота штабеля (отсыпки) горной массы;

(1мах - максимальный кусок складируемой горной массы;

р - плотность складируемого материала;

кр - коэффициент разрыхления горной массы;

а - показатель качества складируемой рудной массы;

/ - время формирования штабеля.

Оператор преобразования А может быть представлен в аналитической и геометрической формах. В настоящей работе приняты методы геометризации недр - изображение закономерностей в форме изопо-верхностей.

Влияния технологических особенностей магнезитовых масс на их

качество

Для обеспечения требуемого качества магнезитового сырья на карьерах предприятия широко используются специальные способы селективной добычи.

Месторождения магнезита Саткинской группы характеризуются:

- разнообразием условий залегания рудных залежей (изменение угла их падения в пределах 25+90°, мощности - 3+80 м, длины - 100+600 м);

- большим количеством контактов "руда - порода", которые в массиве имеют визуально определяемый четко выраженный характер;

- сортностью магнезитового сырья;

- значительным различием в дробимости полезного ископаемого и вмещающих его пород при взрывном рыхлении;

- высокими потерями магнезитов при обогащении в тяжелых суспензиях из-за незначительного различия в плотности с засоряющими породами;

- высокой интенсивностью отработки запасов: годовой объем извлечения горной массы свыше 38 млн.тонн, скорость понижения горных работ 12-18 м/год при существенном ограничении карьеров в плане [5].

В результате анализа условий залегания рудных залежей установлено, что их углы падения в 14-22° составляют 9,6%, 22-30°- 23%, 30-38°-32,2%, 38-46°-11,9%, 46-54° - 9,6%, 70-78°-0,5% от суммарной выборки. На месторождениях существует обратная корреляционная зависимость между мощностью рудных тел и углами их падения. Большая мощность /> 50 м) рудных тел чаще встречается при малых значениях углов падения, небольшая мощность (< 50 м) - при крутых углах.

Это требует высокого уровня организации горных работ на месторождениях для снижения потерь и разубоживания руд, образующихся в процессе добычи. Засорение магнезитовой массы на 1 % доломитом повышает содержание СаО на 0,3%, содержание ЯЮ2 на 0,45%, снижает оптовую цену товарной продукции на 15-20 %. Поэтому, даже незначительное засорение магнезита требует его обогащения, приводяще-

Выломов В.П., Яшкин А.З., Дубровин М.Е., Закономерность формирования потерь и разубоживания при отработке крутопадающих маломощных залежей. Разработка месторождений открытым способом. Вып. 3. .Межвуз. научн. темат. сборник. Свердловск, изд. УПИ, 1978, С 107-110.

го к дополнительным потерям сырья и увеличению затрат на произволе ню продукции.

Н условиях производства ОАО "Комбинат "Магнезит" требовании технических условий (ТУ) к качеству сырья достаточно жесткие. Так, фашты между высшей и низшем марками руды по содержанию основных примесей, определяющих технологию дальнейшей переработки сырья, 11 р о; |у с м ;п р и пае I с я но Са() в 3 %, а по Sl()¿ - 1,4% (табл.1).

■ Таблица 1.

Разделение магнезитовой массы по маркам (ТУ 14-200-357-91)

1 ^именование Норма для марок

показателя ммш ММ1IO MfH МММ MMIIO ММПО;

Массовая доля, %; %

- (ч() , не более 11 1.4 2.1 4.0 факультативно

- Si().', не более 0.9 1.3 1.1 2.0 факультативно

Присадки доломита,

не более, % 1.0 2.0 2.0 факультативно

11рнсадки диабаза.

не более, % 1.0 10 1.0 факультативно

Примечание: . - хим состав сырья марок ММПО и ММПОс и их засоренность доломитом и диабазом в расчетных пределах должны обеспечить получение коицетратов марки МИ;

- присадки доломит изированного магнезита в сырье не

допускаются.

Связь текстурных особенностей магнеппового сырья с его качественными характеристиками

Значительное влияние на качество руд имеют их текстурные особенное Iи Геологической службой предприятия на основе чно)олсших наблюдений введено условное классифицирование магнезитового сырья в недрах по его цветовым оттенкам, вызванное прелгкик.тепиеч существования внутренней связи химсостава магнезита с его структурио-тскстурнмми и петрографическими особенностями.

1'езулыагы статистического анализа данных забойного опробо-лания (1133 пробы) предстпптсны п табл. 2.

Таблица 2.

Изменение содержания СаО в магнсзитах ■с различными цветовыми опенками

"Кусок" (N=833) "Мелочь" (N"300)

Jfe Цвет фр. + 500 мь фр. - 15 им

П11 магнеднта Среднее Стандарт Доля в Сроднее Стандарт Дол» В

содерж- отклонения выборке. содерж- огклонснмл выборке,

е содерж-н Р, % е содерж-й Р, %

СаО, % СаО, а, % СчО,% С,/О, а, %

1. серый 1,26 0,78 49,1 3,13 1,80 39,1

2. темно-серый 1,17 0,49 1,4 2,68 1,39 5,0

3. светло-серый 1,62 2,07 3,0 - - -

4. желто-ссрый 1,73 1,44 25,7 3,29 2,34 17,4

5. красно-серый 2,08 1,25 0,4 - - -

буро-серый 2,33 2,53 '1,2 3,52 1,56 3,0

7. желтый 1,75 1,07 9,7 2,21 1,16 8,0

8. буро-желтый 1,21 0,66 1,3 4,72 2,80 5,0

9. буро-серо-желтый 2,90 2,08 5,8 - -

10 бурый 5,88 5,45 1.8 4,13 2,90 22,5

11 бурый с черным 4,25 - 0,1 - - -

12 черный 13,25 2,49 0,5 - -

В целом 1,69 1,41 100,0 3,38 2,19 100,0

Анализ полученных данных показывает, что из совокупное™ 12-ти оттенков магнезита можно выделить две группы сырья, содержание СаО в которых значительно отличается. К ним относятся серий и бурый цвета с их оттенками.

Данные табл. 2 позволяют констатировать: • распределение СаО в различных по крупности фракциях имеет принципиально различный характер, а его статистические показатели значительно различаются. Так, среднее содержание СаО в рудных фракциях + 500 мм ("кусок") и -15 лш ("мелочь") в целом по всем цветовым оттенкам равно, соответственно, 1,69 % и 3,38 % , а стандарты отклонений - 1,41% и 2,19%;

- отмечается различие в характере распределения содержаний СаО в "куске" серого и бурого цветов. Их средние значения соответственно составляют 1,35% ( ст = 1,18 % ) и 2,73% ( о = 2,96 % ), что свидетельствует о высокой контрастности химсостава "кускового" магнезита серой и бурой окраски;

- распределение содержаний СаО в "мелочи" серого и бурою цветов имеет одинаковый характер, а его статистические показатели огличаются лишь незначительно;

- кусковой магнезиг серого цвета на 83 % представлен сырьем марки МИ. П "куске" бурого цвета марка МИ составляет лишь 60 % . Магнезитовая "мелочь" серого и бурого цветов представляет собой низкокачественное сырье - выход марки МИ из нее составляет 33-38 %;

- по данным выборки "кусок" серого цвета составляет около 82 % , а бурого - 18%. "Мелочь", соответственно, 64% и 36 %.

При тгом отмечается, что промежуточные по цвету желто-бурые разновидности магнезита, добываемые отдельными блоками из карстовых зон, имеют ранее обмеченное различие в содержании СаО внутренней и наружной часга блоков. Так, магнезиты, получаемые при дроблении блоков, из их внутренней части содержат 1,21 % СаО, а отделяющаяся при этч)м в мелкую фракцию наружная бурая корка - 4,72 %.

Таким образом, исследования показали принципиальное различие качества кускового магнезита серого и бурого цветов, а также контрастность в содержании СаО "куска" и "мелочи" рудных масс, что и предопределяет их технологическое качество.

Отсутствие закономерностей распределения качественных характеристик в рудных телах предопределяет использование статистического метода оценок. При этом, в основном, контролируется содержание основных технологически вредных примесей ЯКЪ и СаО, т.к. количество полезного компонента (М^О) в магнезитах находится к ним в обратной корреляционной зависимости |5].

Условность границ между марками магнезитового сырья подтверждено данными статистической обработки 2 028 проб, а также опробованием блока магнезита объемом 1,29 мЗ с граничным для руды марки МИ содержанием примесей - 1,1 % и СаО - 2,1 %). При

дроблении этого блока и последующем квартовании до пробы в 1 кг было определено, что 37,2 % полученных таким образом проб соответствует марке МИ, 57,8% - марке МП, 4,9% - некондиционные.

'Это свидетельствуег о том, что магнезитовое сырье имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать в технологических решениях но его добыче и переработке.

Плинии« î paiiyjiuMci рнческот соега на рудной .массы на се качестиснные пока jai ели

1^веденными исследованиями установлено рагшчие и дроОн-мост н слагающих. Саткинскую группу место|к>ждений магпечи i а горных пород. При их взрывной подююикс к имемке нычод негабаритных но ГУ ( > I200.uk) фракции РУД превышает 20% даже при удельных расходах HB в 1,5-2,0 раза больших, чем при взрывании анхкн ичных по креносчи и по хрупкости доломишь, для коюрых выход iieiабарнта не превышает 3-5%. Засорения Mai неона мелкой (фракцией доломита и недостаючна.ч эффективность внутрирайонной сортировки предопределила прямую зависимость химсостава добываемых руд or их фансостана,

Для определения количественных показа(елей данной зависимости было произведено опробование различных фракций рудного Maiepiiana, носгупающего на перегрузочные склады карьеров.

Опробовалось дно фракции: более 500 лш ("кусок") и менее 150 м\1 ("мелочь"). На перегрузочном складе Караганского карьера оюбрано 938 проб по "куску" и 340 - по "мелочи", на складе Волчьеторско-Степного карьера - соответственно 955 и 395.

Обраб»1ка ' полученных результатов позволила сделать следующие выводы:

- распределение содержаний примесей в "куске" и "мелочи" имеет правоаеимметричный характер. В среднем по карьерам Горного управления ОАО "Комбинат "Магнезит" содержание Si()¿ в "куске" равно 0,68%, в "мелочи" - 1,39%, соответственно СиО - 1,39% и 4,12%;

- по содержанию SiOj "кусок" на 85 % представлен марками MHtMIll, а по содержанию Са() к чтим маркам на KapaiaiicKOM карьере может быть oí несено 90%.

Для уточнения полученных на перегрузочных складах карьеров результатов бил проведен анализ фракций магнезитовой массы, получаемой при дроблении на ДОФ-1 (конвейер №9).

Результаты исследований позволили констатировать:

- отмечается последовательное возрастание среднего содержания СЫ)

(о г 1,05 % до 1,98 %) и Sit h (с 0,71 % до 1,18 %) но мере уменьшения

класса крупности дробленою магнезита;

И^елскнчнне и совершен« кование трынашш ия ипх шпкгштоиых пород / Ооер-мап ОН. 1«)Ж1\чм ЛИ. Кшочко ИИ //Огнеупоры - 1'>7Х - .V» 10 - С 22-24

- содержание примесей в подрешетном продукте выше, чем в падре* шсгном, средние разности составляют для СаО 0 + 0,94 %, для SiO> -0,18 + 0,46%;

- происходит последовательное снижение выхода марки MIII при сни-жении класса крупности маг незита с 90 % до 45 %.

11ринципиалыюсть этих выводов очевидна и поэтому эксперимент был повторен в несколько измененном виде.

Ныло отобрано 17 проб массой около 20 кг каждая, представленные материалом крупностью 40 + 80 мм Каждая проба долрлбливалась и рассевалась на классы (0 + 0,5; 0,5 + 1,0; 1+3; 3 + 5; 5 + 8 и t 8 .mi), по которым производился химанализ. Основной результат этого эксперимента состоит в доказательстве того, что источником видных примесей не может служить заполнитель микротрещин; доминирующим источником следует считать разубоживание магнезита вмещающими породами.

Проведенный эксперимент убедительно подтвердил это предположение и позволил установить связь содержаний оксида кальция .в руде о г количества присадок доломита

п

СаО CaCh« i (Са()п„ - СаО»*) ■ I'.p, (3)

где СаОик, СаОпт - соответственно содержание оксид кальция в магнезите и доломите, %;

Пр - содержание присадок доломита в пробе, дол.ед.

С учетом фактических содержаний СаО выражение (3) принимает вид:

1.12

СаО~ 0,79 + 26,31 Пр. (4)

Корреляционное отношение выражения (4) составляет r¡ = 0,97 , что соответствует показателю детерминации rf - 0,941 (т.е. влияние фактора Пр оценивается в 94,1 % ). Соответственно, выражение связи допускаемого содержания присадок от требуемою содержания СаО в рудной массе имеет вид:

0,891

Пр - 0,048 (( а() - 0,79). ( 5 )

Имеете с тем, установлено совместное влияние на выход кондиционного сырья (л подаваемою в технологический нередс;:,, содержания ím() и его стандарта отклонения (о) по химсоставу:

л рт- 38 л/ а (СаОич - I), (6)

где а - стандарт отклонений содержаний СаО , %.

Факторным анализом, установлено определяющее влияние на поката гели обжига как химсостава исходного сырья, так и его однородности (а).

Отмеченные закономерности позволяют констатировать прямую зависимость качества сырья от их текстурных особенностей и гранулометрических характеристик и имеюг определяющее значение дли разработки и реализации техположческих решений по <|юрмиронанию качества добываемых руд [8].

Гранулометрический состав взорванных магнезитовых масс

Проведенные опытно-промышленные эксперименты показали, что закономерное! и сегрегации зависят от исходного фансосгана отсыпаемого материала и высоты штабеля. При этом, определяющее значение имеет не сама высота штабеля, а ее отношение к размеру максимального куска отсыпаемого материала. В этой связи особое практическое значение приобретает определение гранулометрического состава руды, подаваемой на перегрузочные склады карьеров. Однако получение достаточного приближения к истинному грансоставу взорванной массы представляет собой сложную методическую задачу. Прямые мет оды, связанные с рассевом материала, его взвешиванием или подсчетом количества кусков в каждом классе крупности, практически трудно реализуемы.

Наибольшее распространение в практике получил метод фото-штнимет. ической съемки, реализующей идею геометрической вероятности на плоскости, по содержащий в себе систематическую погрешность. Поэтому этот вопрос рассмотрен на основе применения идеи "задачи Бюффона' к системе трех измерений.

Реализация этого подхода заключалась:

- в раирузке на кровле уступов иерефузочных складов двух, произвольно выбранных, автосамосвалов грузоподьемн тыо 40 ш,

- в последующей бульдозерной планировке вьнруженных обьемов в слой толщиной около 0,5 м\

- о разбивке по полученной плоскости сети линий через 1 м и проведении по каждой из них замеров кусков;

- в определение суммарной длины отрезков по каждой из фракций, равной сумме произведений максимального размера фракций в интервале измерения на их количество.

При этом процентное содержание // фракции равно:

к т Ж

Г- = - = ---------- , (7)

¡о £ т ск

где /< - суммарная длина отрезков /-той фракции,.«; 1о - общая длина измеряемых линий, м; т - количество кусков /-той фракции;

<1, - размер куска ¿-той фракции (принимается по максимальному размеру), м.

Переход от линейного к планиметрическому способу подсчета кусковатости произведен по схеме, интерпретируемой "задачей Бюф-фона". Геометрическая вероятность попадания куска с максимальным размером с/< (тау в интервал между линиями / составляет:

с/| (тах) т

Р =--------=-------, (8)

/ М

где / - расстояние между параллельными линиями замера, равное в нашем случае 1 м; № - вероятное количество кусков /-той фракции на замеряемой площади.

Отсюда /!> I

N. =---------- . ( 9 )

сЬ (тах)

В результате исследования установлено, что в условиях предприятия в среднем длина куска, измеренная по максимальному размеру, в 1,3 раза превышает его ширину. Поэтому в расчетах принята форма куска, соответствующая эллипсу с соотношением размеров осей 1,3 : 1.

Выполненные натурные наблюдения и обработка их данных (табл. 3) показывает, что в массиве взорванного магнезита фракция менее 0,2 м составляет около 20 %, а метод линейной оценки дает количество "мелочи" до 40 %. Исследования показали, что существует тесная взаимосвязь между выходом мелкого (- 0,2 м) и крупного (+ 0,8 л/) классов со средним размером куска:

I

у= ехр [ - 2,353 ( Г/: - —Г/Ц . (10)

V 2

Таблица 3.

Расчет гранулометрического состава взорванной магнезитовой массы

Показатель Карагйский карьер Волчьегорско-Степной карьер

Интервал к рупности, м Всего Интервал крупности, м Всего

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

Количество кусков

по линиям 257 137 47 17 10 3 471 525 219 49 .12 5 7 817

Вероятность попада-

ния куска на линию 0,2 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0 0,2 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0

Расчетное количество

кусков на плоскости 3212 761 94 24 11 3 405 2625 730 98 17 6 7 3483

-3 Объем куска, 10 , мЗ 1,57 12,57 42,41 100,53 196,35 339,29 1,57 12,57 42,41 100,53 196,35 339,29

Объем кусков, мЗ 5,04 9,56 3,99 2,40 2,16 1,01 24,16 4,12 9,17 4,16 1,70 1,18 2,38 22,71

Объем "мелочи" в

классе, мЗ 2,32 - - - - - 2,32 1,83 - - - 1,83

Общий объем, мЗ 7,36 9,56 3,99 2,40 2,16 1,01 26,48 5,95 9,17 4,16 1,70 1,18 2,38 24,54

Плотность, т/мЗ 2,15 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,15 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9

Расчетная масса, т 15,82 27,72 11,57 6,96 6,29 2,93 71,29 12,8 26,6 12,1 4,9 3,4 6,9 66,7

Выход класса, % 22,2 38,9 16,2 9,8 8,8 4,1 100 19,2 39,9 18,1 7,3 5,2 10,3 100

у.ы^ехр 1-7,135 схр (-3,13 ~с1)\.

(И)

где с1 - средний рачмер куска, м.

Функция распределения грансостава также находится в зависимости от среднего размера куска и в общем виде описывается

выражением:

¡■ = \-схр(-аЦя), : (12)

где «-0,4 + 0,21 I}, _ ' (13)

д-8,42 <?.*/?(-3,39 </). (14)

Гранулометрический состав материала определяет его насыпную плотность. Для определения коэффициента разрыхления (Кр) проведен эксперимент, исходным материалом для которого служила фракции - 150 .ми. При этом составлялись искусственные рудные смеси с различным весовым соотношением их фракций. Смеси формировались как бинарные, так и трехкомпонентные. По полученным данным построены графики изменения Кр от соотношения крупной и мелкой фракций в них, а также от отношения максимальных размеров их кусков (рис. 1).

Представленные на 1рафике зависимости аппроксимированы следующими выражениями:

КР А /Л - [Л - (А> - Л»] /V ) КРи , (15)

Л = 0,842 [ 1 - (</« / А)2 ], (16)

где /V - доля фракции в бинарной смеси;

Крм, Крк - соответственно, коэффициенты разрыхления мелкой и круп-нон фракций бинарной смеси;

(¡и, </*• - соответственно, максимальные размеры кусков в мелкой и крупной фракциях бинарной смеси.

Естественным заполнителем пустот массы крупных фракций при формировании смесей является фракция - 8 лш. Будучи самой мелкой фракцией, она имеет наибольшую плотность (Кр- 1,34), а се количество в смеси > 50 % предопределяет высокую плотность укладки (Кр --- 1,3 + 1,37 ). Это однозначно ука)ывает на то, что главным фактором, определяющим численное значение коэффициента разрыхления < Кр ), является соотношение между рахтичными фракциями в смеси, а не рачмер среднего куска в ней.

Кр

о. й о.

к я

X

•ел о ЬС

1.6

(.г

1 /

\ л г / / • / /

3

Доля крупной фракции в бинарной смеси, дол. един.

<1 г ч -4ч

(18-21)

— = 2 (Л)

3 -

й (1-211 (1411 XII (1 К-20

4 (.)

2.5 (II)

Л 0-8

(140-80

4--- 10 ( х )

(1 о-х

Рнс. 1. Зависимость коэффициента разрыхления (Кр) бинарной смеси рудного материала от соотношений фракций (крупная : мелкая) и диаметров кусков.

Определение гранулометрических характеристик изорванной массы (среднего размера куска <I и коэффициента разрыхления А'/>) особенно важно н связи с их непосредственным влиянием на процесс сегрегации: движение "куска" подчиняется законам физики и определяет закономерносш сорегапип; то гранулометрический состав массы предопределяет разделительную и|м|>ективноеть наклонной плоскости.

Усреднение магнезитовых масс на карьерных перегрузочных складах

Ранее определенная зависимость (6) влияния однородности руды на выход кондиционною сырья предопределила проведение на иред-приягни промышленного эксперимента по усреднению добываемой руды. Pafioia проводилась на перегрузочном складе Нолчьегорско-Стенпого карьера с параметрами штабеля: емкость - 9,5 тыс ж; высота - 9,0 к; длина фронта склада - 45 .«; ширина сечения но низу - 10 м.

Формирование штабеля производилось последовательной (вдоль фронта участка перегрузочного склада) разгрузкой под откос автосамос-n-ало» с последующей бульдозерной планировкой. Отгрузка сформированного штабеля производилась с его торцевой стороны экскаватором ЭКГ-5 в железнодорожные составы по 230 -г- 250 т, направляемые на дробильно-обогатительную фабрику № 2 (ДОФ-2). Усреднение достигалось вертикальной задиркой образованных наклонных слоев.

И соответствии с программой эксперимента осуществлялся выбор добычных забоев, подача руды в штабель из которых производилась и) расчета обеспечения срсднештабелыюго содержания СаО~ 2,5%. В процессе формирования в штабель поступала руда из 6 забоев с содержанием С»0 от 1,83% до 3,90%.

Результаты данных опробования при формировании штабеля показали:

входной поток на штабель усреднения характеризуется незначительными пнутризабойным» колебаниями: но содержанию Са() - та - 0,55 %, по содержанию SiO: - сап = 0,17 % ;

- организацией подачи руды в штабель получено среднее значение < 'а() 2,52 %, что соответствовало запланированному срелнснпабслыюму значению;

- отмечено некоторое увеличение содержаний С,а() (на 0,24 %) и StO:(nа 0,27%) в усреднителыюм штабеле по сравнению с результатами опробования в забоях, чт объясняется разубоживапнем руды в процессе погрузки автосамосвалов.

.Опробование руды на ДОФ-2 показало, что выходной поток из штабеля усреднения оценивается средним содержанием СаО = 2,54 % , стандартом колебаний а = 1,25% и разбросом содержаний ог 0,9% до 4,1 %.

Расчетное значение коэффициента усреднения но полученным данным составило . 23-34 % . Низкий показатель усреднения свидетельствует о наличии факторов, огрицагелыю влияющих на процесс перемешивания сырья как в формируемом, так и в отгружаемом штабеле.

Определено, что такими факторами являются эффект сегрегации и зависимость качества руды от ее грансостава. Поскольку при зафузке думпкаров применяемым оборудованием не выдерживается стабильность соотношения крупного и мелкого классов руды, то при ее опробовании на ДОФ-2 сохраняется значительная амплитуда содержаний СаО и Л'/ТЛ в рудной массе.

Результаты эксперимента указывают на необходимость учста технологических особенностей сырья при формировании их качества и совершенствования внуфизабойной сортировки руд экскаваторами типа "прямая мехлопата" |1].

В сложившейся экономической ситуации наиболее целесообразным представляется использование вторичной сортировки сырья на основе эффекта сегрегации при складировании на перегрузочных складах. Реализация этого принципа потребовала исследования закономерностей сарегации как технологического фактора первичной рудоиодгошвки 17, 14].

Исследование закономерностей сегрегации при формировании рудных штабелей.

Установлено, что зависимость качественных характеристик сырья от грансостара имеет принципиальное значение в организации технологии его первичной рудоподготовки. В этой связи, изучение закономерностей формирования внутренней структуры рудных штабелей, особенностей распределения качественных характеристик руды в сечении отвальных тел при их отсыпке представляет определяющее практической значение.

В основе современных теоретических представлений о явлении сегрегации лежат законы теоретической механики, а также эмпирические зависимости. 'Значительный вклад ■•> понимание сущности процесса сегрегации внесли' исследования В.Г.Зотеева, П.П.Кастана, М.Д.Карского, Д.В Гальиново, Ю.В Лаптева, Г.Л.Радченко, В.Ф.Суховсрского, Л.Л.Краснова и многих других. Экспериментальные методы изучения процесса сегрегации основаны на широком применении методов фотопла-нпморин.

Анализ Опубликованных материалов показывает, что на текущий период пег удовлетворительного аналитического описания процесса счмре-гацин, и связано л о с недостаточной изученностью его кинематики. ,'[ля решения этих задач были проведены промышленно-лабораторные испытания по изучению влияния процесса сефегации при отсыпке рудных штабелей на качество руды, направляемой на ДОФ.

Цель проведения экспериментов состояла в исследовании закономерностей разделения скальных пород по крупности при их отсыпке на плоскость естественного учла откоса этих пород [У, 13].

В процессе проведения экспериментов формировались опытные штабели слоевой структуры на горизонтальном и наклонном основаниях. При лом ставились следующие задачи:

- исследовать закономерности формирования внутренней структуры штабеля;

- исследовать характер изменения качественных показателей руды при формировании складов;

- оценить разделительную способность наклонной плоскости при «(юрмироваиии рудных штабелей;

- оценить влияние исходною грансостава рудной массы на проявление эффекта се1регации при складировании.

Исследования выполнялись на специально изготовленных стендах, имитирующих в соответствии с методом геометрическою подобия в масштабе I: 10. Исходным материалом служили "хвосты" обогащения крупностью От 150 мм, из которых составлялись смеси заданного грансостава. Рассев материала выполнялся на сшах с ячейками 8,20,40 и 80 мм

Проведено 4 эксперимента по следующей схеме:

1. Формирование штабеля осуществлялось последовательной отсыпкой иоркин рудного материала вдоль фронта штабеля до полного формирования плоскости его естественною угла откоса. Последующая отсыпка производилась по схеме: в точку разгрузки отсыпалось фи порции (имитирующие в принятой пропорции емкости куювов аптоса-мосвалов грузоподъемностью 42 т) гак, что две порции ссыпались под откос, а третья - на бровку штабеля. После заполнения всего фронта штабеля специальным скребком производилось сталкивание рудной массы

•под откос, что имитировало рабо1у бульдозера. Затем все операции повторялись до заполнения стенда. Схема стендов представлена на рис. 2.

2. Опрузка ппабедя прои ¡водилась слоями; каждый сдой в свою очередь был ра «делен на "зачодки". Материал каждой "«»ходки"' в ¡»сшивался с точностью до 0,1 рассеивался на ситах, и каждая полученная при эюм фракции взвешивалась. Таким обраадм осуществлялся контроль пну финном ст руктуры рудного ппабеля при ею отгрузке.

Рис 2. Схема OTpaóoiKit опытных шгабслсй

3. Камеральная обработка материалов состояла в расчсте выхода различных фракций рудной массы для каждой "заходки", получившей геометрическую привязку к узловым точкам стенда. Это позволило скоординировать положение "заход о к" и результаты их ситовых анализов.

Использование метла изолиний на поверхностях с числовыми отметками дало возможность геометрически ишернретировагь закономерности спонтанного разделения сыпучего материала но крупности при шсыпке на плоскость естественного угла откоса штабелей.

Первый -эксперимент состоял в огсыпке широким фронтом на горизонтальное основание; второй - узким фронтом; трети - на наклонное основание; четвертый - "толстыми" слоями на наклонное основание.

Отсыпка штабелей на горизонтальное осшюание

К этой части эксперимента относилось формирование рудных штабелей № I и № 2. Штабель № I моделирует склад, несовой гранулометрический состав материала в котором представлен следующим обратом: крупная фракция (> 40 мм) - 26,6%, средняя фракция (20НО .мм) - 18,7%, мелкая (- 20 .им) - 51,7% Здесь заСкладиронано I 634,9 ку материала.

Штабель № 2 моделирует склад с углом наклона пионерной насыпи 60 весовой грансостав материала в котором представлен следующими соотношениями: крупная фракция - 28,7%, средняя- 15,2%, мелкая - 56,1 %. Таким образом, гранулометрический состав исходной рудной массы штабелей №1 и №2 практически одинаковый.

По данным ситового анализа опружи штабелей построены поверхности выходов укакшных классов крупности в поперечном сечении НПП1ЧЛ1Я (рис. 3).

Для опенки однородности грансостава материала в сечении штабеля внелены пока шелк: индекс крупности ¡7к и сгпищи индекса крупности о !■). Индекс крупности определялся как

Л - I «у№ ( 2 . у.ч>„< I 3 х у„, (17)

где I, 2, 3 - оипветешенно индексы, присваиваемые классам крупности;

/.-вычод фракций, дол. един.

Значение .7* показывает, какой класс крупности преобладает в пробе (заходке, слое): Л > 2 свидетельствует о преобладании крупнел о класса, а Л 2 -о преобладании мелкою.

а)

й)

80

Рнс. 3. Изменение выхода фракций различной крупности в опытном штабеле №2:

а - фракция + 40 мм; б - фракция 20 - 40 мм; в - фракция 0-20 мм.

Значение Jk находится в тесной зависимости с величиной среднего размера куска dep.

Стандарт индекса крупности определялся по формуле:

I 2 2 2

<J(JK) = V (1 -JK) У-20 + (2 -JK) у20-40 + (3 - JK) У>40 • (18)

Отгрузка штабеля велась с целенаправленным образованием наклонных плоскостей. Классифицирующую способность отдельных зон наклонных плоскостей можно оценить с помощью показателя эффективности разделения Ханнока-Луйкена:

£i-yi si-yt fi =------------- .---------, (19)

£ max - У max 1 - (X i

где Si - извлечение продукта /-го класса крупности в зону;

у I - выход продукта /-го класса в зоне;

s max - теоретический максимум извлечения /'-го класса в зону (£ max -

1);

у max - максимальный выход в условиях идеального разделения, численно равный содержанию г-го класса в исходном материале (а;).

Расчет значений коэффициента Е по классам крупности показал:

- наибольшей разделительной способностью по кл. + 40 ми обладает нижняя часть штабеля (Е = 32-5- 53 %), здесь происходит "обогащение" крупного класса. Максимальное разделение этого класса в штабеле происходит в нижней части поверхности откоса (Е = 66 %);

- наименьшей разделительной способностью по всем классам крупности обладает средний слой штабеля;

- наибольшая разделительная способность штабеля по кл. - 20 лш отмечается в верхней его части (Е=17ч-26%), а также в зоне пионерной насыпи (Е = 13 + 40 %).

Таким образом, основные выводы по результатам проведенных экспериментов сводятся к следующему:

- при отсыпке скальных пород на плоскость угла их естественного откоса всегда происходит перераспределение масс, представленных различной крупностью: в верхней части образуемого при пом штабеля доминирует мелкая фракция, в нижней - крупная;

- в поперечном сечении штабеля выделяются три зоны форми ропания его внутренней структуры. Первая .прилегает непосредственно ь пионерной насыпи и ограничивается поверхностью угла естественнее откоса. Вторая зона занимает основной объем штабеля и характеризуется достаточно стабильными, устоявшимися соотношениями масс различны* фракций. Наконец, третья - зона формирования, непосредственно прилегающая к поверхности откоса штабеля;

- отмечается закономерность - отсыпка производится наклонными слоями, а распределение масс по крупности формирует слои, параллельные основанию штабеля. Особенно наглядно это проявляется на крупной и мелкой фракциях;

распределение масс по крупности на поверхности откоса значительно отличается от их распределения внутри штабеля.

Если учесть, что крупная фракция содержит меньшее количество вредных примесей, чем мелкая, то общий характер изменения гран-состава масс внутри тела штабеля определит характер изменения содержания в них СаО (рис. 3-в): высококачественная магнезитовая масса сосредоточится в нижней части штабеля. Это дает основание использовать эффект сегрегации для первичной рудоподготсвхиГ" Плотность внутренней структуры штабеля, влияющая на процесс экскавации, описывалась изменением коэффициента разрыхления КР масс внутри тела штабеля:

КР - р!р\ (20)

где р, р' - соответственно плотность магнезита в целике (в расчетах принято р = 2,9 т/мЗ) и в насыпном состоянии, тшЗ.

Исследование показало, что К Р в верхних слоях штабеля имеет меньшее значение, чем в нижних. При этом наибольшее значение КР наблюдается в области "утюга" штабеля (рис. З-б).

Отсыпка штабелей на наклонное основание

Для подтверждения принципиального характера выводов, полученных при моделировании процесса отсыпки скальных пород на горизонтальное основание, проведен эксперимент на стенде с наклонным основанием. Грансостав исходного материала принципиально не отличался от грансостава материала предыдущих экспериментов: крупная фракция (+ 40 лш) - 25,9 %, средняя (20 -ь 40 лш) - 12,6 %, мелкая (- 20 лш) -

61,5 %. 11а рис. 1 представлены основные закономерности сегрегации материала, полученные в ходе эксперимента по результатам сигового анализа л.асс.

Обработка результатов экспериментов позволила констатировать:

- при отсыпке дробленой) материала на поверхность откоса штабеля (независимо от угла его наклона; всегда происходит перераспределение масс по крупности: в верхней части образуемого штабеля доминирует мелкая фракция; в нижней - крупная;

- оценка эффекта сегрегации, наблюдаемого на поверхности откоса, дает искаженное представление о закономерности изменения грансостава руды в геле штабеля. Видимая контрастность разделения рудной массы по крупности на откосе отсыпки оIносится исключительно к тонкому слою поверхности и не подлежит экстраполяции внутрь штабеля. Основной обт>ем штабеля составляет зону сформировавшихся и, в определенном смысле, стабильных соотношений грансостава в горизонтальных слоях. К плоскости пионерной насыпи примыкает зона иттабеля, в которой формируется призма с углом естественного откоса;

- отсыпка штабеля производится наклонными слоями, а формирование качественно-слоевых закономерностей в сечении штабеля происходит параллельно его основанию. В нижних слоях концентрируется большая часть кускового материала, н силу этого содержание ( 'аО и ХиЪ здесь ниже, чем в верхних слоях;

- плотность укладки материала в штабеле неравномерная, что приводит к ятнистой" структуре массива и образованию внутренних "карстов" При этом плотность рудной массы определяется тремя факторами: грансоставом отсыпанной массы, высотой отсыпки и временем "вылеживания" рудной массы в штабеле.

Отсыпки т>[><н) на наклонное основание "толстыми" 1 с. и win раничпого гранулометрического состава

Эксперимент проведен в развитие представлений о процессе сегрегации рудного материала при его отсыпке на наклонную плоскость. Цель эксперимента состояла в исследовании закономерностей разделения по кр^иносгн материала при его отсыпке в отвальное тело слоями, значимо отличающимися средним размером куска в условиях повышенной влажности (w 4-5%).

Эксперимент проведен на стенде с углом наклона основания 20°. Основные параметры, схема формирования и отгрузка представлены на рис. 5-а. Ситовой лн^пп рудной массы приведен в габл. 4.

Рис.4. Изменение характеристик внутренней структуры опытного штабеля № 3:

а - схема отработки штабеля; б-содержание Си() в рудной массе; в - коффнциент разрыхления рудной массы

Рис. 5 (клиник.ie параметр!.! опытного штабеля 4:

а - схема формирования и отработки штабеля; б - солержанне ( 'ч(> в рудной массе, п - коэффициент разрыхления рудной массы.

Таблица 4.

Ситовой анализ рудной массы (штабель №4).

№№ Вид Выход класса крупности (мм), % Средний

ГШ смеси 0-8 | 8-20 | 20-40 | + 40 кусок, мм

1 Песок (подушка) 100 - - 5,0

О Естественная смесь. 52 21 9 18 19,2

3. Оиссь бет песка 4 36 18 42 36,1

Л Смесь без подушки (2 ►.)) 35 23 13 29 26,5

5. Полная смесь (142тЗ) 45 20 12 23 22,6

В качестве подушки отсыпан материал фракции - 8 ми (крупный песок). Отсыпаемые слои представляли собой в первом случае - "мелочь" (- 8 мч) составляла 52 % (естественная смесь); во втором - 4 %, а фракция т 40 ми составляла 42 % (крупный мак-риал). Схема работ на стенде такая же, как и в предыдущих экспериментах. Основные результаты стендовых сводятся к следующему:

- при отсыпке тела склада "толстыми" слоями, значимо отличающимися но грансоставу, в поперечном сечении склада сохраняется слоеная структура, имеющая неправильную геометрическую форму;

- плотность материала внутри тела склада неравномерная: наблюдаются "карстовые" зоны, расположенные согласно слоевой структуре (рис. 5-в);

- четких границ между слоями не наблюдается: крупнокусковой материал вдавливается в мелкофракционный, молк ¡фракционный материал просеивается в поры крупнокускового;

- при влажности материала 4-5 % процесс сстретации происходит хуже; фракция "песок" насыщает все тело склада.

Эти обстоятельства делают использование эффекта сегрегации для сортировки рудных масс малоэффективным, так как при этом сохраняется значительное разубоживанис кондиционных руд материалом низкого качества.

Проведенный эксперимент позволяет сформулировать следующее принципиальное положение: ' отсылка отвальных тел тонкими слоями прстпо-тштсльнсй, чем отсыпка толстыми слоями.

Комплекс проведенных исследований позволяет выдвинуть принципиально новую теоретическую- концепцию о кинетике процесса сефс-гации скального материала при отсыпке его на естественную наклонную плоскость. В основе этой концепции лежит модель "сползания" торной массы по поверхности с углом естественного откоса под лсйсшпем собственной силы тяжести массы, сдвигающих сил после-

дующих объемов отсыпаемых под откос масс, а также трения, возникающего на поверхности откоса. Н процессе "сползания'' массы происходит "втирание" мелких фракций - заполнителей в шсрохова1ую поверхность откоса. При этом отдельные крупные куски скатываются к основанию. Постепенно просеиваясь, фракции - заполнители мигрирую! от верха до основания штабеля, сот да пая достаточно плотную укладку в подошвенном слое штабеля. Принятое до сих пор представление о повышенных филмрационных свойствах нижних слоев отвалов основано на опенке коэффициента разрыхления внешней зоны отсыпки. 1акое представление справедливо для отвалов небольшой высоты и лишь в первый период отсыпки. Но" при формировании высоких и многоярусных (и валов, когда высота и время отсыпки определяют вертикальное воздейс!вия, приводящие к уплотнению нижних подошвенных слоев штабеля, это положение может приобрести принципиальный'.характер.

Таким обратом, в аналитическом описании процесса сегрегации правомерно использовать две отличающиеся друг от друга модели, которые лишь дополнякм, а не исключают одна дру|ую.

Результаты исследования позволили разработать схему расчет технических параметров первичной рудоподготовкн сырья путем эффективной соршровки по крупности на перегрузочных складах карьеров н при отработке ошалов некондиционных руд, что обеспечило в условиях ОАО "Комбинат "Магнезит" решение задач по стабилизации качества сырья в рудопотоках [13|.

Технологические схемы черничной рудопо.п отопки сырья с использованном эффекта сегрегации

К ¡учение эффекта сегрекшии имело своей целевой функцией разработку рекомендаций но совершенствованию технологии рудоночго-товки непосредственно в процессе добычи.

Неопределенность понятн "слой", вызнанная огсунггвием оценочного кршерич для технических расчетов парамеции» рудоподгоговн-тельных систем, потребовало введения понятия "технологический слон" -■шаг проднигания фронта рачфучки на складе при производстве планировочных работ. Технологический слой имеет определенную мощность, связанную с высо!ой 01сынки и I рузонодьемностыо средств технологического транспорш и относится к одному из параметров паспор)а складирования руды. Планировка производится после формирования навала на верхней бровке склада, а этот навал образуется при последовательной ра прутке к одну точку от 3 до 5 автосамосвалов в зависимости от высоты склада и грузоподьемпосги машин Таким образом,

технологический слой может включать г. себя руду 3-5 ашоеамосвалов и не обязательно иt разных забоев, lia карьерах ОАО ''комбинат "Маг-нешт" на рудный склад в фиксированную смену подаст си одновременно руда из одного забоя в 65-75 % случаев, из 2-х забоев - 20-25 %.

Полученные в ходе исследований результаты доказывают целесообразность внедрения в технологические схемы формирования качества руды этапа сортировки на ба te использования эффект а сегрегации, так как в оперативной схеме управления качеством сырья в процессе его добычи такие показатели, как крупность, пломшеть, крепость и дру| ие фишко-тсхпические характеристики выступают на первый план, хотя и не подменяют собой оценок, основанных на химаналте минеральною сырья.

И связи с несовершенством технологии переработки низкокачественных руд (Si().<> 2,5%, (м<)> 7,0% и засоренность 15 ;25%) па предприяши было организовано (с целью использования в более поздние периоды) их отдельное складирование в специальные отвалы. На 01.01.82 г. в Горном управлении было сформировано бульдозерным и плужным отвалообразоканнем 8 отвальных тел с суммарными запасами 11,3 мчи.т. и средним содержанием в них Si()¡ I /1 % и СаО ~ 9,2% и засоренностью 18,7 %. Для компенсации дефицита сырья, связанного -с отставанием вскрышных работ, на комбинате для технологической апробации вовлечения в щюшводство низкокачественных матезитовых масс было проведено опытно-промышленное обогащение в тяжелых суспензиях их валовой пробы обт>емом 7 736 т, полученной при разборке спеногвала № 8. В ходе эксперимента было получено 5 600 т кон-цен фата, 12 % коюрого удовлетворяли требованиям марки МП, 7 % -марке МП, а 81 %-некондиционный.

Анаши результатов эксперимента пока tan, что его низкая эффективность в первую очередь свямна со значительным (до 75 %) содержанием в валовой пробе мелких фракций (- 200 мм), имеющих исходную засоренность до 35 %, что в условиях близких удельных весов доломита и матнезита приводит к ее неудовлетворительной oóoianiMocm в тяжелых суспензиях. '>ш предопределило задачу внутри )абойного понижения исходной засоренности руды, подаваемой на обогащение. Для ее решения был внедрен послойный способ разборки отвальных тел, апробация которою была осуществлена при отрабо1ке спецотвала №8 [2|.

Штабель спешивала №8 был разделен на два подуступа: верхний - высотой Н м. и нижний - высоюй 3 м. откуда млшезиювая масса оп ручалась раиельно. Высоты подуступов определялись по полученным в ivu.iuare экспериментов зависимостям засоренности сырья от высоты в oUklimiom геле.

Разборка спецотвала велась экскаваторами ЭКГ-4,6 Б с вывозом горной массы автосамосвалами БелАЗ-548, с поперечным (по отношению к фронту отвалообразования) направлением перемещения горных работ, что позволило значительно уменьшить амплитуду колебаний качественных характеристик извлекаемого сырья. При этом засоренность сырья в верхнем и нижнем подуступах в среднем составила 23,1 % и 2,8 % соответственно.

Внедрение послойного способа отработки штабеля спецотвала № 8 позволило получить из 1 072,7 тыс. т. магнезитовой массы со средним содержанием Л02=1,3%, СаО = 5,4 %, засоренностью 11,9% 424,3 тыс.т руды марки МИ со средними содержаниями, соответственно, 0,7 %, 1,6 %, 1,3 % ; в том числе непосредственно в производство без обогащения было подано 61,7 тыс.т руды.

Полученные промышленные данные позволяют сделать вывод о технической возможности и экономической оправданности определенного увеличения производительности горного предприятия по полезному ископаемому за счет привлечения в переработку руд, ранее выбраковываемых, как некондиционные.

Для геометризации спецотвалов построена математическая модель грузопотоков складируемых руд, рассматривающая их как функцию качественных характеристик ведения добычных работ прошлых периодов [10, 11, 16] с учетом закономерностей сегрегации скального рудного материала.

Использование эффекта сегрегации для первичной рудоподготовки магнезитовых масс на перегрузочных складах карьеров

Принятая на предприятии технология добычи магнезита из селективных забоев приводит к образованию около 1,5 млн.т в год рудной массы класса - 500 мм, засоренной вмещающими породами.

При этом их засоренность при допуске ТУ обогащения 15 % фактически в среднем составляет 8,6 %, что указывает на имеющиеся резервы повышения эффективности рудоподготовки. Главную роль при этом играет экономический аспект, так как обогащение руды увеличивает стоимость получаемого товарного магнезита на 67 %. Поэтому увеличение объемов магнезитовой массы, подаваемой в переработку непосредственно без обогащения и доведение кондиций руды, подаваемой на обогащение, до требований ГУ, представляется важными экономической и технологической задачами, решение которых в настоящее время по-.можно лишь первичной рудоподготовкой сырья

В качестве технологической операции рудоподготовки' в карьере, снижающей общую засоренность руды вмещающими породами, служит вторичная (после забоя) экскаваторная сортировка.

Установлено, что при конкретном характере распределения материала по крупности, высота штабеля и грансостав материала связаны следуюющей закономерностью:

/ а

Ш = Н{ 1 -V X Ра ), (21)

о

где Н - высота штабеля, л<;

Иа - высота от подошвы, выше которой в штабеле отсутствуют

куски диаметром > с!, м; Ра - накопленная частность кусков диаметром <с1 в общей массе

материала, доли ед. Учитывая, что Ра определена методом фотометрической съемки поверхности откоса штабеля, можно допустить, что Е Ра = у. Тогда (21)

о

преобразуется к виду:

А

— =(1 -у), (22)

Н

где И - высота относительно основания штабеля, л»;

у - относительное содержание (доля) в исходном сырье мелкого (по ТУ) класса.

При этом установлено, что должно выполняться условие:

2 0

Н >-----, (23)

1-Г

где 1) - размер максимальных (по ТУ) кусков сырья.

Перегрузочные склады по своему технологическому назначению не предусматривают, а по конструктивному исполнению - не позволяют производить эффективную экскаваторную сортировку складируемого материала по крупности при его отгрузке. Недостатками их конструкции

О возможности применения сегрегационного разделения материалов при циклично-поточной технологии//Известия ВУЗов. Горный журнал. - 1979, № 12. - С.36-38 / П.П.Бастан, Е.И.Кшочкин, А.В.Гапьянов

являются ограничения параметров применяемого погрузочного оборудования по глубине проработки навала складируемого материала и высот уступа, определяющая условия и степень сегрегации по крупности складируемого материала.

Таким образом, для реализации первого этапа рудоподготовки путем вторичной сортировки руды на перегрузочных складах необходимо увеличить высоту штабеля складируемого материала.

Поставленная цель была достигнута строительством в подошве складского уступа приямка для аккумулирования крупных кусков руды и последующей раздельной отгрузкой сырья в переработку [5].

При опытно-промышленной апробации данной конструкции перегрузочного склада было переработано 1 026 тыс.т засоренной магнезитовой массы, из которой получено 481,4 тыс.т сырья, удовлетворяющего требованиям ТУ марки МИ.

/7ервичная рудоподготовка мелко-блочных магнезитовых масс

Из соотношений (15-16) следует вывод о том, что значение d и Кр влияют на эффективность процесса сегрегации: чем эти величины больше, тем эффективнее процесс сегрегации материала при его складировании.

Следствием этого положения является необходимость предварительного отделения мелких классов руды уже на первом этапе рудоподготовки на перегрузочных складах.

Проведенными исследованиями установлено, что отделение класса - 200 леи (с его последующей подачей на обогащение) позволяет снизить в более крупных классах сырья содержание вредных присадок вдвое.

Введение в эксплуатацию шахтьг с мелкошпуровой отбойкой, приводящей к переизмельчению добываемых руд, использование в производстве "хвостов" обогащения, переработка спецотвалов низкокачественных руд определили задачи первичной рудоподготовки мелко-блочных магнезитовых масс как одну из наиболее актуальных в настоящее время в технологии формирования качества сырья.

Для реализации этих положений разработана конструкция колосникового грохота и выполнен проект его установки на перегрузочных складах Карагайского карьера и штолен шахты "Магнезитовая" пп гор. +180 и + 260 м для получения магнезитов марки ММП1 фиксированного качества, реконструкция которых по i,mii"-.r. списки ikmcic-i настоящее время.

Особенностью конструкции данного грохота является наличие верхней подвижной и нижней свободной опор, что позволяет в стесненных условиях перегрузочных складов использовать применяемое на них погрузочное оборудование для отгрузки классифицируемого сырья. Вместе с тем, такая конструкция существенно упрощает внедрение колосниковых грохотов в действующее производство и при этом не требует существенных капитальных затрат.

Для отделения магнезитовых песков от "хвостов" обогащения была спроектирована и построена стационарная сортировочная установка на базе грохота ГИТ-32. При среднем выходе полезного продукта 41,7 % с нее в производство было подано 273,7 тыс. т сырья, что составило 21,3 % от общего объема подачи в передел.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что применение схем грохочения мелко-блочных магнезитовых масс в развитие идей использования эффекта сегрегации при их дальнейшей переработке на перегрузочных складах, может являться одним из путей организации технологии формирования их качества первичной рудоподготовкой.

Заключение

На основании выполненных исследований в диссертационной работе представлены теоретические положения по использованию эффекта сегрегации в качестве операции первичной рудоподготовки руд, совокупность которых можно рассматривать как существенный вклад в развитие нового направления горных наук - технологии формирования качества минерального сырья при добыче и первичной рудоподготовке. Разработанные на базе теоретических исследований методы являются основой для решения прикладных задач проектирования и организации технологических схем формирования качества руд при добыче, а также при разработке их техногенных образований с использованием эффекта сегрегации.

Основные выводы, научные и практические результаты заключаются в следующем:

I. Обоснованы концептуальные положения технологии формирования качества руды с использованием операций их первичной рудоподготовки, которые сводятся к следующему: эффективность реализации этой технологии при добыче достигается учетом структурно-текстурных особенностей и различий физико-механических свойств руд и вмещающих пород;

2. Показано, что при ориентировании технологии добычи полезного ископаемого "на блок" физическая основа процесса разубоживания предопределяет прямую зависимость качества руды от её грансостава:

- установлена и количественно определена связь содержаний в руде оксида кальция и присадок доломита, распределение которых во всех фракциях имеет правоасимметричный характер;

- определена связь грансостава материала с эффективностью его сегрегации по крупности. При этом главным, определяющим Кр фактором является соотношение между различными фракциями в руде, а не размер среднего куска;

3. Установлено, что при отсыпке кускового минерального сырья на поверхность откоса штабеля наклонными слоями формирование качественно-слоевых закономерностей в его сечении происходит параллельно его основанию.

4. В поперечном сечении штабеля выделяются три зоны формирования его структуры. Первая прилегает непосредственно к пионерной насыпи и ограничивается поверхностью угла естественного откоса материала. Вторая занимает основной его объем и характеризуется достаточно стабильными, устоявшимися соотношениями масс различных фракций. Третья - зона формирования, непосредственно прилегающая к поверхности откоса штабеля.

5. Факторным анализом установлено, что оценка эффекта сегрегации, наблюдаемая на поверхности откоса, даёт искажённое представление о закономерности изменения грансостава материала в теле штабеля. Видимая контрастность разделения рудной массы по крупности на откосе относится исключительно к тонкому слою поверхности и не подлежит экстраполяции внутрь штабеля: разделительная способность поверхности откоса достигает 66%, а внутри штабеля она составляет 32 - 53%.

6. Определено, что плотность укладки материала в штабеле неравномерна и имеет "пятнистую" структуру массива (образование внутренних "карстов"). При этом плотность рудной массы имеет тенденцию уменьшения к основанию штабеля и определяется тремя факторами: грансоставом отсыпаемой массы, высотой отсыпки и временем ее "вылеживания" в штабеле.

7. Экспериментально установлено принципиальное положение: с точки зрения технологии формирования качества руд отсыпка их штабелей "тонкими" слоями во всех случаях предпочтительнее, чем "толстыми".

8. Выдвинута принципиально новая теоретическая концепция о кинетике процесса сегрегации скального материала при его отсынкс

Основные положения выполненных исследований опубликованы в

следующих работах:

1. Об опыте применения гидравлических экскаваторов при селективной добыче магнезита // Огнеупоры, - 1982, №8.-С. 27-30 / Соавтор: В.П.Выломов

2. Повышение эффективности использования магнезитового сырья // Огнеупоры. - 1985, №9.-С. 18-21 / Соавтор: А.И.Владимиров

3. Перегрузочно-сортировочный склад. Патент Российской Федерации на изобретение № 2083461 от 10.07.97 г. (заявка № 92005837 от 12.11.92 г.)

4. Совершенствование методики планирования и прогнозирования качества добываемого сырья на комбинате "Магнезит" // Огнеупоры. -1993, № 12.-С. 16-21 / Соавторы: А.И.Владимиров, А.В.Гальянов, Ю.В.Лаптев и др.

5. Автоматизация планирования добычных работ на карьерах АО "Магнезит" // Горный журнал. - 1994, № 12.-С. 38-41 / Соавторы: В.М.Апеничев, А.И.Владимиров

6. Организация рудоподготовки на карьерах АО "Комбинат "Магнезит" // Тез. докл. межгос. научн.-техн. конференции. Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала. - Магнитогорск : 1995. - С. 71-72 / Соавторы: А.В.Гальянов, Ю.В.Лаптев

7. Проблемы повышения эффективности добычи магнезитов //Тез. докл. межгос. научн.-техн. конференции. Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала. - Магнитогорск : 1995. - С. 85-86

8. Проблемы повышения качества сырья на АО "Комбинат "Магнезит" // Тез. докл. межгос. научн.-техн. конференции. Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века. - Магнитогорск: 1996.- С. 14 / Соавторы: А.В.Гальянов, А.И.Владимиров, Ю.В.Лаптев

9. Исследование сегрегационных явлений при складировании магнезитовых масс // Тез. докл. межгос. научн.-техн. конференции. Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века. - Магнитогорск : 1996.-С. 38-39

10. Геоинформационное обеспечение технологических задач на карьерах

ГУ ЛО "Комбинат "Магнезит" // Тез. докл. межгос. научн.-техн. конференции. Информационные технологии в горном деле. - Гкагерин-бург : 1996. - С. 18-2) / Соавтор: В.М.Аленичев

11. Компьютерная технология управления рабочей зоной в глубоких карьерах // Сб. докл. междунар. конференции. Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами. - Челябинск : 1996. - С. 33-35 / Соавтор: В.М.Аленичев

'2. Пути решения проблемы формирования качества руды на карьерах ЛО "Комбинат "Магнезит" // Сб. докл. междунар. конкуренции. Проблемы разработки месторождений мубокими карьерами. - Челябинск : 1996. - С. 48-49 / Соавторы: А.В.Гальянов, Ю.В.Лапгев

13. Исследование сегрегационных явлений при складировании мате Титовых масс // Сб. научн. трудов МГМА. Проблемы развития металлургии Урапа на рубеже XXI века. - Магнитогорск : 1996. - г 2. -

С. 147-156

14. Проблемы повышения эф||>ективности добычи магнезита // Итвесгия УГГГА. Серия "Горное дело". - Екатеринбург ; ¡997, №> 6 - (в печати)

15. Закономерности сегрегации при складировании скальных пород и руд на карьерах ОАО "Комбинат"Ма1 петит" // ИГД УрО РАН, Препринт. - Екатеринбург : 1997,- 100 с. / Соавторы: Л В Гольянов, Ю. В. Лаптев

16. Компьютерная технология <| армирования рабочей зоны в глубоких карт,ерах // Горный пост пик. - 1997, №3.-С. 105-109 / Соавтор. В.М.Аленичев