Геометризация процесса сегрегации скальных пород по крупности при формировании отвалов

Лаптев, Юрий Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геометризация процесса сегрегации скальных пород по крупности при формировании отвалов
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Геометризация процесса сегрегации скальных пород по крупности при формировании отвалов"

На правах рукописи

ЛАПТЕВ ЮРИЙ ВИКТОРОВИЧ

Геометризация процесса сегрегации скальных пород по крупности при формировании отвалов

Специальность 25.00.16- «Горнопромышленная и нефтегазопро-мысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□ОЗиЬЬ^иа

Екатеринбург -2007 г _____________

003066409

Работа выполнена в Институте горного дела Уральского отделения Российской академии наук

Научный консультант

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Гальянов Алексей Владимирович

член-корресповдент РАН, доктор технических наук, профессор Яковлев Виктор Леонтьевич

доктор технических наук, профессор Кашников Юрий Александрович

доктор технических наук, старший научный сотрудник Афанасьев Борис Гаврилович

Ведущая организация

Институт горного дела СО РАН

Защита состоится « 8 » ноября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу 620144, ГСП-126, г Екатеринбург, ул Куйбышева, 30, ауд. 2142

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан «05» сентября 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета - В К Багазеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы Развитие идеи П К Соболевского о геометризации процессов при современном уровне развития горного производства является актуальным на новом этапе формирования теоретических основ горногеометрического анализа Геометризация производственного процесса предполагает аналитическое и геометрическое описание закономерностей, присущих определенному этапу горнотехнической деятельности предприятия В этом отношении цель, стоящая перед геометризацией процесса, аналогична цели, стоящей при геометризации месторождения - выявление закономерностей, формализация, объяснение и использование их в информационных технологиях

Сегрегация есть физический процесс разделения сыпучего материала по крупности при отсыпке его на наклонную поверхность отвальных тел. В практике горного производства эффект сегрегации проявляется при отсыпке отвалов пустых пород, формировании рудных складов различного функционального назначения как в карьерах, так и на промплощадке горнообогатительных предприятий Эффект сегрегации широко используется в практике обогащения руд черных и цветных металлов. Для повышения эффективности разделительного процесса в обогащении разработаны способы и средства на основе использования гравитационных сил, тангенциальной и нормальной вибраций Эффект сегрегации проявляется также в газообразной и жидкой среде, что используется в химической промышленности

В условиях горного производства процесс сегрегации рассматривается в трех направлениях* разработка методов сепарации в дробильных и гравитационных схемах подготовки минерального сырья перед обогащением; разработка способов и средств, обеспечивающих устойчивость откосов отвалов вскрышных пород, рудоподготовка минерального сырья перед его обогащением Как показал анализ, примерное соотношение публикаций по этим на-

правлениям составляет 4 2 1, что вполне отражает недостаточную степень изученности процесса сегрегации в горном деле Несмотря на то, что явление сегрегации горной массы известно в технической литературе уже более 40 лет, физический механизм этого явления не раскрыт и математически не описан Это определяет научную актуальность вопроса

Основная закономерность сегрегации отчетливо просматривается при визуальном анализе поверхности откосов отвалов концентрация мелких фракций в верхней части откосов, крупных фракций - в нижней их части Однако для решения широкого круга инженерных, технологических и экологических задач необходимо знать изменение гранулометрического состава, пористости, коэффициента фильтрации, насыпной плотности пород и других показателей по всей высоте отвала.

На ряде месторождений выявлена устойчивая статистическая закономерность качественные показатели мелких фракций минерального сырья значительно отличаются от соответствующих характеристик в крупных классах Это обстоятельство необходимо использовать при разработке технологии рудоподготовки на карьерах, основой которой являются разделительные операции (селекция, грохочение и т.д) В этих условиях знание законов сегрегации приобретает важное практическое значение.

Таким образом, геометризацию процесса сегрегации горной массы по крупности при формировании отвалов следует считать актуальной научной задачей, имеющей важное практическое приложение

Объектом исследований в работе являются отвалы вскрышных пород, рудные склады, а предметом исследований выступает геометризация процесса сегрегации горной массы по гранулометрическому составу при формировании отвалов и складов

Цель работы заключается в установлении закономерностей сегрегации горной массы по гранулометрическому составу на основе геометризации процесса отсыпки отвалов для разработки эффективной технологии формирования насыпных тел

Идея работы состоит в использовании массово-балансовой модели для геометризации процесса разделения скальных пород по гранулометрическому составу при ее отсыпке на поверхность откоса отвала.

Задачи диссертационной работы заключаются в следующем

1 Установить закономерности изменения гранулометрического состава скальных пород на откосе насыпных тел в зависимости от физико-механических свойств пород и шероховатости наклонной поверхности отвала на основе геометризации процесса отвалообразования

2 Исследовать влияние параметров горно-транспортного оборудования на разделительную способность шероховатой поверхности отвалов при их формировании на основе геометризации процесса отвалообразования

3 Выявить геометрические закономерности формирования внутренней структуры отвалов при их отсыпке и ей влияние на показатели устойчивости

4 Установить зависимость качественных показателей минерального сырья от его гранулометрических характеристик.

5 Дать геометрическое и математическое описание явлению разделения сыпучего материала по крупности при отсыпке его на наклонную поверхность насыпного объекта

6 Обосновать и разработать технологические схемы формирования качества минерального сырья с использованием установленных закономерностей разделения руды при ее отсыпке на откос отвалов

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие научные положения, выносимые на защиту:

1 Геометризация процесса формирования отвалов скальных пород позволила установить выход кусков разной крупности на фиксированной высоте находится в прямой зависимости от параметров шероховатости поверхности откоса, содержания кускового материала в исходной выгружаемой массе и в обратной зависимости от высоты отвала, производительности выгрузки, начальной скорости движения горной массы, а также размера и момента инерции вращения самих кусков.

2 Установленные геометризацией соотношения, описывающие закономерность разделения горной массы по гранулометрическому составу на откосе отвалов приобретают универсальный характер, если в качестве аргумента функции выхода фракций принять нормированный показатель отношения высоты отвала к размеру максимального куска

3 Методами геометризации установлено,что при отсыпке отвалов сыпучей массой с различным гранулометрическим составом отмечается неравномерная плотность укладки скальных пород, что приводит к образованию «пятнистой» структуры массива насыпного объекта

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе широко использованы методы научного познания теоретическое обобщение современных знаний и представлений о процессе сегрегации, теоретические исследования на основе массово-балансовой модели разделения сыпучего материала по крупности на шероховатой поверхности насыпных тел, лабораторный эксперимент, опытно-промышленные испытания, методы геометрии недр

Личный вклад автора состоит

- в выдвижении и реализации идеи (массово-балансовая модель потоков), обосновании концепции кинетики процесса сегрегации сыпучего материала при отсыпке отвалов, в основе которых лежит модель сползания горной массы по поверхности с углом естественного откоса. В процессе сползания массы происходит «втирание» мелких фракций-заполнителей в шероховатую поверхность откоса. При этом крупные куски, «всплывая», скатываются вниз к основанию отвального тела,

- в разработке программы проведения экспериментальных работ по изучению процесса сегрегации сыпучего материала на откосе насыпных объектов, непосредственном участии в проведении экспериментов,

геометризации физического процесса разделения сыпучего материала по гранулометрическому составу при отсыпке отвалов

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью теоретических оценок геометризации процесса сегрегации с результатами лабораторных и промышленных испытаний по установлению закономерностей разделения скальных пород по крупности при формировании отвалов (г = 0,97). Научная новизна результатов исследований- впервые проведена геометризация процесса разделения горных скальных пород по гранулометрическому составу на откосе насыпных тел Основой модели служит баланс материальных потоков сыпучей массы на шероховатой поверхности откоса отвала,

- установлены зависимости вероятностного распределения гранулометрического состава горной массы на откосе отвала от параметров шероховатости поверхности откоса , высоты отвала (II), физико-механических

характеристик породы и ее кусковатости ) на основе геометризации процесса сегрегации;

- на основе геометризации выявлена "карстовая" структура массива отвала, связанная с неоднородной плотностью укладки скальных пород внутри тела штабеля, и, таким образом, с коэффициентом разрыхления,

- установлена взаимосвязь разделительной способности шероховатой поверхности откосов насыпных тел от параметров выгрузки горнотранспортного оборудования, осуществляющего формирование отвалов, методами геометризации обоснованы начальные условия технологии формирования насыпных объектов(автомобильная выгрузка, бульдозерная сдвижка),

- разработан алгоритм расчета коэффициента запаса устойчивости и фильтрационных свойств отвалов на основе геометризации процесса сегрегации скальных пород по шероховатой наклонной поверхности отвалов,

- установлены взаимосвязи между качественными показателями минерального сырья и его гранулометрическими характеристиками на месторождениях вкрапленных руд: на Саткинском месторождении магнезитов 1фуп-ные фракции имеют пониженные содержания вредных компонентов, на Ба-женовском месторождении хризотил-асбеста мелкие фракции имеют повышенное содержание волокна,

- разработана методика прогнозирования качества минерального сырья и технология отработки складов некондиционной руды на основе геометризации процесса сегрегации при формировании отвалов

Научная значимость результатов исследований состоит в том, что геометризация процесса сегрегации скальной породы по крупности при отсыпке ее на наклонную шероховатую поверхность откоса отвалов позволяет впервые учесть влияние горнотехнических факторов и параметров горнотранспортного оборудования на разделительную способность этой поверхности Установленные зависимости должны учитываться при разработке методик расчета показателей устойчивости откосов отвалов, их фильтрационной способности и технологии рудоподготовки в конкретных условиях горного производства, что определяет существенный вклад в развитие теоретических основ геометризации технологических процессов горного производства

Практическое значение работы состоит в том, что результаты геометризации процесса сегрегации рекомендуется использовать при проектировании технологий отвалообразования, расчете параметров устойчивости откосов отвалов, их фильтрационной способности и технологических параметров грохотильных схем рудоподготовки в карьерах, учитывающих взаимосвязь качества минерального сырья с его гранулометрическим составом, что обеспечивает повышение качества сырой руды в 2-3 раза и повышает безопасность работ при формировании высоких отвалов

результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана технологическая схема рудоподготовки минерального сырья в карьере с внедрением в проект грохотильно-перегрузочных пунктов Рекомендации автора использованы проектной организацией «Уралгипроруда», предприятиями ОАО «Комбинат «Магнезит» и ОАО «Ураласбест» при разработке технических систем предобогащения руды в карьерах на основе применения грохотильно- перегрузочных пунктов

Апробация работы. Основные положения и результаты работы опубликованы в 23 работах, в т ч в 3 монографиях (в соавторстве), докладывались на межгосударственных научно-технических конференциях "Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала" (Магнитогорск, 1995) и "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (Магнитогорск, 1996), международных конференциях "Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами (Мелышковские чтения)" (Челябинск, 1996) и "Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов" (Пермь, 2003), научном симпозиуме "Неделя горняка - 2006" (Москва, 2006), Уральском горнопромышленном форуме (Екатеринбург, 2006), выездной научной сессии Научного совета РАН по проблемам горных наук (Пермь,2007), а также на технических совещаниях ОАО "Комбинат Магнезит" и ОАО "Ураласбест"

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 303 страницах, в том числе содержит 78 рисунков, 44 таблицы, список использованной литературы включает 187 источников

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Изученность явления сегрегации скальных пород при формировании насыпных тел

Для решения многих практических задач горного производства используются методы геометризации геохимических полей и технологических процессов Главной задачей геометризации является представление всесторонней геометрической характеристики изучаемого процесса в удобной и наглядной форме в виде планов, разрезов, изоповерхностей, блок-диаграмм и графиков. Геометризация процесса сегрегации горной массы по крупности при формировании насыпных объектов как строгая физико-математическая методика позволяет установить закономерности спонтанного разделения сыпучего материала по гранулометрическому составу при отсыпке отвалов Большой вклад в развитие научных основ геометризации недр и процессов внесли П К Соболевский, П А Рыжов, И Н. Ушаков, В А Букринский, Г И Вилесов, А А. Трофимов, В М. Калинченко, П П Бастан, Р П Окатов, В.Н Попов ,В М Гудков, А В. Гальянов, В А Гордеев и другие

Сегрегация сыпучего материала по крупности при его отсыпке на наклонную шероховатую поверхность отвальных тел представляет собой сложный физический процесс, зависящий от множества природных и технологических факторов Изучению явления сегрегации посвящено небольшое количество работ и в них представлены самые общие результаты исследований В основе первых теоретических представлений лежит описание процесса скатывания кусков с помощью элементов теоретической механики

Экспериментальные методы изучения сегрегации в большинстве случаев основаны на применении фотопланиметрии для оценки грансостава на откосе отвалов Но до сих пор не имеется удовлетворительного аналитического описания процесса сегрегации Поэтому проведение дальнейших про-мышленно-лабораторных испытаний и теоретических исследований сегрегации представляет значительный научный и практический интерес

Большой вклад в изучение процесса сегрегации горных пород по крупности при отсыпке отвалов внесли Е.И.Азбель, П.П.Бастан, АВГальянов, Н.П Ершов, В.Г Зотеев, М.Н.Ковалев, М Г Морозов, В П Новиков, Р П.Окатов, В.Н Попов, П А Радченко, К Н Трубецкой, В.Л Яковлев и другие.

Проведенный анализ современного состояния изученности процесса сегрегации позволяет сделать следующие выводы*

1 Явление сегрегации имеет место во многих природных и технологических процессах и играет большую роль в классификации и гравитационных процессах обогащения полезных ископаемых

2 Основная закономерность сегрегации при анализе поверхности откосов отвалов проявляется в концентрации мелких фракций в верхней части откосов, а крупных фракций - в нижней части Явление сегрегации приводит к увеличению пустотности в нижней части откоса насыпи.

3 Классифицирующее действие наклонной плоскости лежит в основе многих разработок по сегрегационному разделению сыпучих материалов с целью выделения кондиционных для переработки фракций руды и обогащения минерального сырья и применяется в технологических схемах рудопод-готовки с разделением высоты склада некондиционного сырья на подуступы, а также в технологии предобогащения руды в карьере, реализуемой на основе функционирования грохотильно- перегрузочных пунктов

4 Сегрегация дробленого материала до сих пор не имеет удовлетворительного аналитического объяснения. Наиболее перспективным представляется применение методов описания механизма кинетики сегрегационного разделения в теории гравитационных процессов обогащения, а также использование общей теории разделения макроскопической физики

Результаты экспериментальных исследований процесса сегрегации при отсыпке отвалов скальными породами

Недостаточная изученность физического механизма процесса сегрегации определила необходимость проведения целенаправленных лабораторно-промышленных исследований С этой целью в период 1993-2005 гг были проведены эксперименты на специальных стендах, моделирующие процесс сегрегации на реальных объектах Эксперименты выполнены на промгого-щадке ОАО «Комбинат «Магнезит» и в условиях лаборатории ИГД УрО РАН.

Цель проведения экспериментов состояла в исследовании закономерностей разделения скальных пород и сыпучего материала по крупности при отсыпке их на плоскость с углом естественного откоса этих пород

При этом ставились следующие задачи.

- установить закономерности формирования внутренней структуры штабелей в зависимости от режима отсыпки (тонкие и толстые слои, мелкая и крупная фракции),

- исследовать характер изменения качественных показателей руды при формировании складов,

- оценить разделительную способность наклонной плоскости;

- оценить влияние исходного грансостава рудной массы на проявление эффекта сегрегации

Исходным материалом служили хвосты обогащения крупностью 0-120 мм, из которых составлялись смеси заданного грансостава Рассев материала выполнен на сигах с ячейками размером 8,20, 40, 80 мм Проведено 4 эксперимента по следующей схеме

1 Формирование штабеля осуществлялось последовательной отсыпкой порций рудного материала на пионерную насыпь вдоль фронта штабеля до полного формирования плоскости с углом естественного откоса Последующая отсыпка производилась по схеме в точку разгрузки отсыпалось три порции

(порция представляет собой ведро объемом 12 л с заполнением 20-30 кг) так, что две порции ссыпались под откос, а третья - на бровку После заполнения всего фронта штабеля специальным скребком производилось сталкивание массы под откос, этим имитировалась работа бульдозера Затем все операции повторялись до полного заполнения стенда.

2 Отгрузка штабеля произведена слоями, каждый слой в свою очередь разделен на заходки Материал каждой заходки взвешивался с точностью до 0,1 кг, рассевался на ситах, и каждая фракция взвешивалась.. Таким образом осуществлялся внутренний контроль отгрузки штабеля (баланс массы).

3 Камеральная обработка материалов состояла в расчете выхода различных фракций рудной массы для каждой заходки. Каждая заходка получила геометрическую привязку к узловым точкам стенда, что позволило закоорди-нировать положение заходок и результаты ситовых анализов.

Использование метода изолиний на поверхностях с числовыми отметками дало возможность геометрически интерпретировать закономерности, сопутствующие процессу сегрегации (рис. 1) Первый эксперимент состоял в отсыпке штабеля широким фронтом на горизонтальное основание; второй - в отсыпке штабеля узким фронтом на горизонтальное основание, третий - в отсыпке штабеля на наклонное основание, четвертый — в отсыпке штабеля толстыми слоями разного грансостава на наклонное основание

Основные выводы по результатам экспериментальных исследований сводятся к следующему

- при отсыпке дробленого материала на наклонную плоскость откоса штабеля всегда происходит перераспределение масс по крупности материала в верхней части штабеля доминирует мелкая фракция, в нижней - крупная,

\/ \\ ^-\ ^ —--

^— "V X" 4^15

о/ ^^^^^ X 11 гч/ ^^^ 1 I 1

а, б, в-фракции +40,20-40,0-20 мм Рисунок 1 — Изолинии выхода фракций различной крупности в опытном штабеле ( угол наклона основания штабеля — 20°, угол естественного откоса - 37°)

- в поперечном сечении штабеля выделяются три зоны формирования его внутренней структуры Первая прилегает непосредственно к пионерной насыпи и ограничивается поверхностью с углом естественного откоса. Вторая занимает основной объем штабеля и характеризуется достаточно стабильным, устоявшимся соотношением масс различных фракций. Третья зона отсыпки непосредственно прилегает к поверхности штабеля,

- распределение масс по крупности на поверхности отсыпки (третья зона) значительно отличается от распределения масс внутри штабеля (вторая зона),

- отмечается закономерность отсыпка производится наклонными слоя ми, а распределение масс по крупности формирует слои, параллельные основанию штабеля Особенно это наглядно проявляется для крупной и мелкой фракций,

- при наличии зависимости качества сырья от крупности материала общий характер изменения грансостава внутри тела штабеля определяет характер изменения содержаний контролируемых показателей и внутренней структуры штабеля,

- внутреннюю структуру штабеля можно рассматривать как слоевую, параллельную основанию отсыпки Принципиальное положение состоит в том, что плотность укладки материала в штабеле неравномерная, это приводит к «пятнистой» структуре массива и образованию внутренних карстовых зон, то есть зон с пониженной плотностью укладки Наименьшая плотность укладки наблюдается в области «утюга» штабеля (рис. 2),

- отсыпка тела штабеля толстыми слоями, значительно различающимися по грансоставу (размер среднего куска отличается в 2-3 раза и более), сохраняет в поперечном сечении этого штабеля слоевую структуру. При этом слои имеют неправильную геометрическую форму

1,5

структуре опытного штабеля

Это обстоятельство делает малоэффективным способ разделения тела склада на подуступы по критерию качества, так как в этом случае сохраняется значительное разубоживание кондиционных руд материалом низкого качества Из этого следует принципиальное положение отсыпка отвальных тел тонкими слоями предпочтительней, чем отсыпка толстыми слоями,

- экспериментально установлено, что разделительная способность наклонной шероховатой поверхности насыпных тел увеличивается по мере возрастания их высоты При этом внешняя наклонная поверхность отвалов имеет больший показатель разделения, чем поверхность наклонных слоев внутренней структуры,

- четких границ между слоями не наблюдается крупнокусковой материал вдавливается в мелкофракционный материал, мелкофракционный материал просыпается в поры крупнокускового,

- при влажности дробленого материала 5-6 % и более процесс сегрегации происходит менее контрастно, фракция-песок насыщает все тело склада Комплекс проведенных исследований позволяет выдвинуть принципиально новую концепцию кинетики процесса сегрегации дробленого скального

материала при отсыпке его на естественную наклонную поверхность В основе этой концепции лежит модель сползания горной массы по шероховатой поверхности с углом естественного откоса под действием собственной силы тяжести сдвигающих сил, подпирающих объемов отсыпаемых пород, а также трения, возникающего на поверхности откоса. В процессе сползания массы происходит «втирание» мелких фракций-заполнителей в шероховатую поверхность откоса При этом отдельные крупные куски скатываются к основанию. Постепенно просеиваясь, фракции-заполнители «мигрируют» от верха до основания штабеля, создавая достаточно плотную укладку в подошвенном слое штабеля. Принятое до сих пор представление о повышенных фильтрационных свойствах нижних слоев отвалов основано на оценке коэффициента разрыхления внешней зоны отсыпки Такое представление оправдано для отвалов небольшой высоты и лишь в начальный период отсыпки Но при формировании высоких и многоярусных отвалов, когда высота и время отсыпки определяют вертикальное воздействие, приводящее к уплотнению нижних подошвенных слоев штабеля, это положение может приобрести принципиальный характер

Теоретические основы геометризации процесса сегрегации сыпучих материалов при отсыпке отвалов

Комплекс проведенных экспериментальных исследований позволяет выдвинуть следующую теоретическую концепцию о кинетике процесса сегрегации дробленого скального материала при отсыпке отвалов В основе этой концепции лежит модель сползания горной массы по поверхности с углом естественного откоса В процессе сползания массы происходит «втирание» мелких фракций-заполнителей в шероховатую поверхность откоса. При этом крупные куски, «всплывая», скатываются вниз к основанию отвального тела Таким образом происходит естественный процесс дезинтеграции (разделения) исходной горной массы по крупности на шероховатой наклонной поверхности откоса отвалов Сегрегационный процесс, происходящий при отсыпке от-

валов, является разделительным. В теоретической физике разделительные процессы описываются кинетическим уравнением Эйнштейна - Фоккера -Планка - Колмогорова диффузионного типа. Строгое решение данного уравнения представляет собой функцию распределения исследуемого показателя в поле задаваемого пространства Тем не менее, в большинстве случаев решение дифференциального уравнения упирается в численные методы, а само представление результатов сложно для восприятия

Теория обогатительного передела использует ряд математических моделей для описания разделительных процессов. Среди них можно выделить массово-балансовую модель грохочения Л А Вайсберга и Д.Г Рубисова Исходные положения данной модели нами приняты как основополагающие для разработки теоретических основ процесса сегрегации горной массы на откосе отвалов Структура математической модели процесса сегрегации рудного материала на отвалах представлена на рис 3.

При движении потока дробленого скального материала по шероховатому откосу отвала происходит разделение горной массы на три продукта- поровый (частицы, заполняющие поры шероховатой поверхности откоса),

- надпоровый (частицы, оставшиеся на шероховатой поверхности за счет сил трения),

- материал, продолжающий движение по откосу в соответствии с законами динамики

Исходя из концепции массово-балансовой модели основное уравнение баланса представлено следующим образом

б = О)

где О, - исходный поток материала (производительность), м7с,

- поток материала, заполняющий поры шероховатости поверхности откоса, м3/с,

Рисунок 3 - Структура математической модели процесса сегрегации рудного материала на откосе отвалов

д2 - часть исходного потока, оставшаяся на шероховатой поверхности за счет сил трения, м^с;

Принципиальная схема разделения исходного потока сыпучего материала на поверхности откоса отвала представлена на рис 4

Рисунок 4 - Схема разделения потока сыпучего материала по

шероховатой наклонной поверхности откоса отвала

Исходя из баланса материальных потоков, интегральный выход у1 куска г-го диаметра на интервале (0, х]) определяется из выражения

где р: - выход г-го куска в исходном материале

Исходными данными для построения математической модели служат следующие параметры, начальная скорость движения по откосу у0, м/с, объем загруженной в кузов автосамосвала горной массы или объем призмы волочения бульдозера К , м3, ширина кузова автосамосвала или лемеха

Q - поток материала, продолжающий движение по откосу, м3/с

(2)

бульдозера Ъ, м; высота лемеха бульдозера йлем , м; высота отвала Я, м, длина откоса отвала /, м, расстояние от верхней бровки отвала до г-й точки его сечения х, м, угол откоса отвала а, град, угол внутреннего трения р, град, коэффициент внутреннего трения сыпучего материала } = \%<р, ускорение свободного падения g, м/с2, время разгрузки /, с, коэффициент живого сечения шероховатой поверхности откоса Я, концентрация г-го куска в исходной отсыпаемой сыпучей массе Р,, дол ед., размер отдельного куска в сыпучей массе <4, м, максимальный диаметр куска в сыпучей массе ¿/тах, м, момент инерции вращения куска заданной формы (шар, параллелепипед, эллипсоид) 3, кг м2; эксцентриситет куска (отношение толщины куска к его ширине) г, коэффициент гистерезисных потерь при одноосном растяжении - сжатии ао, являющийся эмпирической характеристикой трения физического материала

Величина начального потока О, является исходным параметром, который рассчитывается для конкретного типа автосамосвала или бульдозера по формулам, соответственно,

Величина потока , заполняющего поры шероховатой поверхности, определяется из полученного нами выражения

где величины р, , Ь, х и ¿4 являются исходными данными модели Значение коэффициента живого сечения принимается равным Я = 0,10 - 0,12

диаметром йа с одной попытки (вероятность Годена)

Диаметр поры по длине откоса изменяется линейно и задан выражением

(3)

(4)

вероятность, с которой частица диаметром ¿4 попадает в пору

где ¿/о - начальное значение диаметра поры с1ш в верхней части откоса, м а1

- коэффициент заполнения поры диаметром <1и частицей размером 4с

Функция и(х) является нормальной составляющей скорости падения частицы в пору и выражается полученной формулой

и(рс) = V сое

( ^^ у со а а + агс^ —--

где величины результирующей скорости падения частицы в пору ур и скорость движения горной массы по поверхности откоса отвала V определяются, соответственно, из выражений

ур =[у2со82а+(у8таг+уг)2]0,55

у = [2£к(зт а-/ соза) +у*}15, где уг - гравитационная составляющая скорости падения куска в пору Величина потока д1 имеет физический смысл «втирания» сыпучего материала в поры шероховатой поверхности откоса и определяется при выполнении условия, если ¿4 , т.е. для случаев, когда размер куска не превышает размера поры В обратном случае йк >. с/„ , величина потока равна 0

При условии ¿4 > (1п для определения величины потока д, получено выражение

«^мле, (5)

Коэффициент пограничного слоя кп является показателем доли объема «пограничного» слоя Уп в исходном выгружаемом объеме К, Эти величины рассчитьшаются по формулам

В теории трения при энергетической оценке определяется коэффициент потерь на трение АЛ,, как отношение работы, затраченной на преодоление сил трения А^, к общей затраченной работе А0 В условиях решаемой задачи величины А и Аа эквивалентны значениям соответствующих кинетических энергий Е%р и Е0

р - Р>т^ Е = ™г 2 ' ° 2

С учетом вьпыеизложенного коэффициент ДА^ определяется выражением

где - потеря скорости частицей сьшучего материала за счет сил трения, рассчитываемая по формуле

\2gxk

Динамический коэффициент формы яф определяется отношением момента вращения куска произвольной формы к моменту инерции вращения куска формы шара Уф

*Ф=ЛЧ (6)

Совокупный коэффициент трения отдельного куска к^ изменяется по длине откоса в соответствии с предложенным нами соотношением

. 1)~ I т

Для упругих контактов значения коэффициента трения скольжения кСК и коэффициента сопротивления качению кшч определяются согласно теории трения по формулам

*СК=0Д9 <* кт =

V я( Ъп вл

Глубина шероховатости кш поверхности изменяется по его длине в соответствии с заданным выражением

А -к + 0,5—г/ .

ш о /

Величина аг представляет собой коэффициент гистерезисных потерь при движении внедряемого тела в пору поверхности. При скольжении или качении сферы установлено, что а=2,2а0, где ао - коэффициент гистерезисных потерь для материала, определенный в экспериментах по одноосному растяжению-сжатию.

Величины а„ и аг в теории трения определяются экспериментально и связаны парой трущихся тел. железо - железо, камень - железо и т д. В условиях решаемой задачи а„ можно принять в качестве коэффициента пропорциональности, и в дальнейшем это может являться предметом исследований Выход кусковой фракции на высоте отвала % определяется из выражения (2)

Основным конечным результатом разработанной математической модели является гранулометрическая характеристика сыпучего материала в любом сечении откоса отвала, определяемая по совокупности рассчитанных значений выхода у^. Величина уь зависит от физико-механических свойств сыпучего материала, горнотехнических факторов и параметров горнотранспортного оборудования

Исследование процесса сегрегации горной массы при формировании насыпных объектов

Сопоставление результатов экспериментальных исследований и математического моделирования процесса сегрегации горной массы на отвалах проводилось в соответствии с законами теории моделирования с соблюдением правил геометрического, кинематического и динамического подобия При этом использованы переходные формулы теории моделирования На рис 5 приведены теоретические и экспериментальные кривые выхода кусковой

фракции горной массы по откосу отвала Коэффициент корреляции между экспериментальными и теоретическими данными составил г = 0,97 - 0,98

а 3 2 ^ г / 71

0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 Расстояние от верхней бровки отвала, м

2,4

I К 80

Со о & «

« Я60

1 § м м

§ 8 40

&В

9 3 Й и 3 о

оа а

в ^ 3 / /У // // //

ъ1к

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

Расстояние от верхней бровки отвала, м

- теоретическая кривая,

1 - фракция +40м,

2 - фракция 0,2 - 0,4м,

3 - фракция 0 - 0,2м, - экспериментальная кривая а - кумулятивные кривые выхода кусковой фракции горных пород

по высоте отвала; б — кривые распределения гранулометрического состава горных пород по высоте

Рисунок 5 - Сопоставление экспериментальных и теоретических кривых выхода кусковой фракции горных пород по высоте отвала (опытный штабель №3)

Влияние высоты насыпных объектов на процесс сегрегации горной массы. На процесс движения горной массы по откосу отвала, сопровождающийся спонтанным разделением ее по гранулометрическому составу, влияет множество горнотехнических факторов К числу рассмотренных в математической модели факторов относятся угол естественного откоса отвала а , зависящий от угла внутреннего трения ср сыпучего материала, слеживаемо-сти и условий начального сопротивления сдвигу, размер максимального куска сыпучей смеси, составляющей горную массу, гранулометрический состав отсыпаемой горной массы, выражаемый выходом отдельной фракции, у, высота отвала Н, форма куска скального материала, отсыпаемого в отвал, выражаемая динамическим коэффициентом формы , параметры шероховатости наклонной поверхности откоса отвала* г/п - диаметр поры шероховатой поверхности, - высота неровности шероховатой поверхности На основе теоретической модели построены кумулятивные кривые выхода кусковой фракции горных пород по высоте отвала, соответственно, 15 и 30 м, кривые распределения гранулометрического состава пород по тем же высотам, а также гистограммы распределения грансостава горной массы по вышеприведенным параметрам отвалов (рис. 6) Сравнительный анализ полученных графиков показывает значительное отличие распределения гранулометрического состава по высоте отвала на разной высоте Расчеты проведены для случая отсыпки автосамосвалами грузоподъемностью О = 30 г. Согласно полученным результатам можно сделать следующие выводы

- распределение скальных пород по гранулометрическому составу на откосе насыпных объектов связано с высотой отвала,

- большая высота отвала при отсыпке определенной емкостью горнотранспортного оборудования приводит к достижению большей величины размера среднего куска в нижней его части. Это связано с тем, что влияние факторов шероховатости и свойств сыпучей массы, выгружаемой из транспортных емкостей, приводит к потере потока по следующим причинам-

- фракция0,2м Щ -фракция0,45м Щ - фракция0,8 м

G = 30 т // = 30 м (0,2:0,45:0,8 = 0,6:0,3:0,1)

Рисунок 6 — Гистофаммы распределеггия скальных гтород по Kpyi i носги на откосе отвала

мелкие фракции, соразмерные с параметрами шероховатости, остаются в порах, а более крупные - на поверхности за счет сил трения.

Гранулометрический состав горной массы, отсыпаемой под откос отвалов, определяет распределение размера кусков по высоте насыпных объектов. С целью исследования влияния этого фактора на процесс сегрегации выполнены расчеты на основе математической модели, построены кривые распределения гранулометрического состава пород по высоте насыпных тел и гистограммы.

Сравнительный анализ полученных графиков показывает значительное отличие распределения грэнулометрического состава горной массы на откосе отвала в зависимости от соотношения кусков отсыпаемого материала в несходной отгружаемой массе. Анализ проведен для случаев отсылки из аатосамо-свалов грузоподъемностью 30 и 120 т.

Динамика изменения размера среднего куска по длине откоса в зависимости от соотношения фракций в исходной горной массе подчиняется следующей закономерности (рис 7)*

- изменение размера средаего куска (с/) при исходном соотношении фракций в исходной отсыпаемой массе (0,2 : 0,45 . 0,8 - 60 .30:10) происходит медленно до уровня высоты откоса А/Я = 0,4 - 0,7 После этого происходит резкое повышение показателя с1 до своего предельного уровня,

- динамика изменения показателя с? для соотношения (0,2 0,45 0,8 = 33-33:33) характеризуется более плавным и последовательным повышением показателя и достижения своего предельного уровня,

- динамика изменения показателя с1 для исходного соотношения горной массы (0,2 0,45 0,8 = 10.30 60) при ее отсылке под откос отвала характеризуется практически линейным и менее резким повышением показателя

Соапюивние (размер куска=выход куска)

0,2-0,45.0,8=6030-10 0,2:0,450,8=33-33.33 020,45:0,8=10*30 60

Я - высота отвала, Н — текущая координата высоты отвала, 7-10 м, 2-20 м, З-ЗОм, 4-50 м

Рисунок 7 - Изменение размера среднего куска пород (с/) по

высоте откоса отвала при разном гранулометрическом составе ((? =30 т)

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы

- гранулометрические характеристики исходной горной массы, отсыпаемой под откос отвалов, определяют процесс ее сегрегации,

- соотношение фракций горной массы в отсыпаемом под откос отвалов материале определяет динамику изменения размера среднего куска /1 по высоте насыпного объекта Эта закономерность связана с высотой отвалов и параметрами горнотранспортного оборудования.

Влияние параметров горно-транспортного оборудования на процесс сегрегации горной массы. К параметрам горно-транспортного оборудования, влияющих на процесс сегрегации сыпучего материала, относятся ширина кузова автосамосвала Ь, ширина лемеха бульдозера Ьле„, вместимость кузова автосамосвала ¥к, высота лемеха бульдозера /глеи

К кинематическим характеристикам, зависящим от параметров горнотранспортного оборудования, можно отнести скорость выгрузки горной массы из кузова автосамосвала и, скорость перемещения массы бульдозера улем, производительность выгрузки автосамосвала ; производительность сдвижки бульдозером ()6

С целью изучения влияния параметров горно-транспортного оборудования на процесс сегрегации выполнены расчеты на основе математической модели и построены кумулятивные кривые выхода кусковой фракции горных пород по высоте отвалов (Н = 15 и 30 м) при отсыпке их автосамосвалами грузоподъемностью О =30 и 120 т

Сравнительный анализ графиков показывает значительное отличие распределение гранулометрического состава горной массы на откосе отвала в зависимости от параметров горно-транспортного оборудования Наименьший размер среднего куска в нижней части отвала (Н = 50 м) достигается при отсыпке большегрузными автосамосвалами (120 и 200 т) Наибольший размер среднего куска в нижней части отвала достигается при отсыпке автосамосвалами меньшей грузоподъемности (С = 30 т) Согласно полученным результатам можно сделать следующие выводы

- распределение горных пород по гранулометрическому составу на откосе отвалов зависит от грузоподъемности автосамосвалов,

- большая грузоподъемность автосамосвала, связанная с большей производительностью и скоростью выгрузки, приводит к тому, что мелкие фракции не успевают задерживаться на шероховатой поверхности откосов отвалов и имеют большую вероятность попадания в нижнюю часть отвалов Напротив, отсыпка отвалов автосамосвалами меньшей грузоподъемности сопровождается большей разделительной способностью поверхности откосов, связанной с повышенной вероятностью удержания кусков на пористой поверхности и низкими кинематическими характеристиками выгрузки автосамосвалов с О — 30 т;

- бульдозерная сдвижка горных пород под откос отвала соответствует по своим кинематическим характеристикам отсыпке автосамосвалами грузоподъемностью (3 = 30 т. Поэтому закономерности сегрегации, установленные при отсыпке горных пород автосамосвалами грузоподъемностью 20 - 40 т, идентичны закономерностям при бульдозерной сдвижке

Исследование влияния формы кусков горной массы на процесс сегрегации. При решении задач сегрегации сыпучей горной массы на отвалах фактор «лещадности», или неоднородности размеров в поперечном сечении куска, оказывает влияние на процесс спонтанного разделения пород по грансоставу на откосе насыпных тел В разработанной теоретической модели фактор формы куска выражается динамическим коэффициентом £ф, определяемым по формуле (6).

Момент инерции вращения куска произвольной формы связан с величиной эксцентриситета е, определяемого как отношение малой полуоси эллипсоида или параллелепипеда к большей. С целью изучения влияния формы кусков горной массы на процесс сегрегации выполнены расчеты на основе математической модели для условий И = 30 м, О = 30 т, кф = 0,46 (е = 0,3), 0,58 (е = 0,62); 0,84 (е = 1,0), при этом форма кусков принималась в виде прямоугольного параллелепипеда. По данным расчетов по-

строены кривые распределения грансостава горной массы на откосе отвала Полученная зависимость позволяет сделать следующие выводы

- форма кусков в исходной горной массе, отсыпаемой на откос отвалов, определяет распределение пород по гранулометрическому составу на поверхности насыпных объектов,

- низкий коэффициент формы куска = 0,46, связанный с меньшим значением эксцентриситета е, определяет низкую скорость движения частиц по откосу- отвала Это приводит к тому, что более мелкие куски, имея большую вероятность задержки на пористой поверхности отвала, в меньшей степени достигают нижней части насыпного тела, чем крупные куски

В этом случае размер среднего куска в нижней части отвала достигает своего максимального значения (с? =0,8 м),

- высокое значение коэффициента = 0,84 (форма прямоугольного параллелепипеда) и е = 1 определяет более высокую скорость движения частиц по откосу отвала. Это приводит к тому, что более мелкие и средние куски, имея меньшую вероятность задержки на пористой поверхности отвала, достигают нижней части насыпного тела В этом случае размер среднего куска й в нижней части отвала минимален, поскольку здесь содержатся наряду с крупными фракциями и более мелкие,

- повышение содержания крупных фракций в исходной горной массе, отсыпаемой на откос отвала, усиливает фактор «лещадности» в процессе сегрегации пород на насыпных объектах

Исследования подтвердили, что фактор «лещадности» оказывает большое влияние на процесс сегрегации горной массы по высоте отвала Таким образом, первое научное положение следует считать доказанным.

Исследование влияния показателя Н/йт„ на процесс сегрегации горной массы в насыпных объектах. Теоретическими исследованиями установлено влияние горнотехнических факторов, гранулометрического состава выгружаемой исходной горной массы, параметров горно-

транспортного оборудования на процесс сегрегации горной массы по откосу отвалов Установленные закономерности могут быть универсальными, если в качестве аргумента функции вероятности Р того, что куски горной массы крупностью <Л останутся на некоторой высоте й отвала, принимается нормированный показатель Я44ах , где Я—высота отвала, ¿4.ах - максимальный размер куска. Это определяет использование разработанной математической модели и проведение физических экспериментов для изучения сегрегационных процессов, происходящих при формировании насыпных объектов разной высоты и крупности материала В конечном итоге данное обстоятельство служит основой для разработки направлений дальнейшего исследования и принятия практических решений в технологии отвалообразования

С целью изучения влияния показателя #/Утах на сегрегационный процесс, происходящий при отсыпке отвалов, выполнены расчеты и построение кумулятивных кривых выхода кусковой фракции горных пород по высоте отвала и кривых распределения гранулометрического состава горных пород по высоте отвала. Расчеты выполнены на основе разработанной математической модели для следующих соотношений параметров #=15, 30, 60 м, <1,„ = 0,5, 1,0,2,0 м

Сопоставление графиков показывает высокую сходимость полученных результатов при одном и том же соотношении Н/<1т№

Полученная закономерность позволяет сделать следующие выводы

- показатель £Штах является универсальным для изучения сегрегационных процессов на откосах отвалов и отражает внутренние закономерности масштабного подобия геометрических и кинематических характеристик, участвующих в процессе сегрегации горных пород на шероховатой наклонной поверхности насыпных объектов,

- использование нормированного показателя Й/У^ю может служить основой для дальнейших исследований физического и математического моделирования.

Таким образом, второе научное положение следует считать доказанным

Исследование влияния характеристик трения горной массы на процесс сегрегации. Параметр внутреннего трения является важнейшей общей физико-технической характеристикой любого сыпучего тела Угол или коэффициент внутреннего трения прежде всего представляют собой величину, связанную с сопротивлением сыпучего тела сдвигу В реальных сыпучих телах имеет место не только трение, но и сцепление между частицами

На характеристики трения и сцепления горной массы существенное влияние оказывают плотность и влажность пород, степень окатанности и форма частиц, а также гранулометрический состав сыпучего материала.

Физико-технические свойства сыпучего материала определяют характер движения его при выгрузке из транспортного сосуда или бульдозерной сдвижке Кинематические показатели движения горной массы (скорость и производительность выгрузки) зависят от насыпной плотности материала рн и коэффициента внутреннего трения /

Полученные на основе разработанной математической модели сегрегации закономерности позволяют сделать следующие выводы

- характеристики трения и сцепления горной массы, отсыпаемой на откос отвалов, влияют на распределение кусков по гранулометрическому составу на шероховатой поверхности насыпных объектов,

- меньшая плотность сыпучего материала, а также больший угол его внутреннего трения определяют уменьшение скорости движения частиц по откосу отвала В конечном итоге это отражается на изменении размера среднего куска по высоте отвала. Больший размер среднего куска связан с меньшей насыпной плотностью сыпучего материала и более высоким значением угла его внутреннего трения

Использование явления сегрегации при решении горнотехнических задач

Исследования показали, что главным фактором при определении коэффициента разрыхления в сыпучей массе является соотношение между различными фракциями смеси, а не размер среднего куска в этой смеси Для смесей, состоящих из трех и более фракций, численное значение коэффициента разрыхления Кр может быть определено итерационным методом, выполняющимся по следующей схеме- фракции сыпучего материала ранжируются в порядке возрастания крупности частиц;

- рассчитывается коэффициент разрыхления Кр бинарной смеси первой и второй фракций по формуле

Рк - доля крупной фракции в бинарной смеси, дол ед,

Крм, Крк - соответственно, коэффициенты разрыхления мелкой и крупной

£?„, <4 - соответственно, размер мелкой и крупной фракций,

- полученная бинарная смесь является фракцией-заполнителем для третьей, более крупной, фракции Дня составляемой смеси расчет коэффициента разрыхления К9 производится по схеме совокупного участия коэффициента разрыхления смеси мелкой фракции (/¡Гри) и коэффициента разрыхления крупной фракции Крк в данной бинарной схеме,

- расчет Кр ведется в итерационном режиме до последней, самой крупной, фракции в смеси

КР=АР;-{А-(КР1~КР^+К1

где А - эмпирический коэффициент, определяемый по формуле

фракций,

Разрыхленность горной массы (Кр) влияет на степень состояния устойчивости откосов отвалов и их фильтрационную способность

По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы-

1 Главным фактором при определении коэффициента разрыхления является соотношение между различными фракциями смеси сыпучего материала, а не размер среднего куска в этой смеси Для смесей, состоящих из трех и более фракций, численное значение коэффициента разрыхления определяется итерационным методом

2 Коэффициент запаса устойчивости откосов отвалов и коэффициент фильтрации горных пород в насыпном объекте зависят от коэффициента разрыхления сыпучего материала, составляющего отвальное тело.

- низкие значения параметров фильтрации в верхней части отвала, а также в подошвенном его слое, прилегающем непосредственно к основанию отсыпки, обусловлены меньшими значениями коэффициентов разрыхления его сыпучей массы Нижние слои отвалов имеют более высокие показатели фильтрации, связанные с увеличением коэффициента разрыхления в этой части насыпного тела ■ -

- нижняя часть откосов высоких отвалов имеет меньшее значение коэффициента запаса устойчивости, что обусловлено большей разрыхленностью этой зоны отвала, вызванной сегрегационными процессами Верхняя часть откоса отвала имеет больший запас своей устойчивости, связанный с меньшим коэффициентом разрыхления и повышенной плотностью укладки сыпучего материала

Выявленный на ряде месторождений ( Саткинское месторождение маг-незитов, Баженовское месторождение хризотил-асбеста и другие) фактор взаимосвязи вещественного и гранулометрического составов взорванной рудной массы позволяет рекомендовать предприятиям следующие рудопод-готовительные схемы

- отработка складов некондиционного сырья подуступами, где на основе сегрегационного эффекта происходит естественное разделение рудной массы на кондиционный и некондиционный продукты,

- схема предобошцения минерального сырья на руднике с использование грохотильно-перегрузочного комплекса, где разделение рудного материала по содержанию полезного компонента или вредной примеси на кондиционную и некондиционную составляющие производится непосредственно в зоне ведения горных работ с использованием стационарных или передвижных грохотильных установок При этом транспортирование некондиционной составляющей рудной массы производится в отвал или склад некондиционного сырья, а кондиционной - на дальнейшую переработку для получения высококачественной товарной продукции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе аналитических исследований, лабораторных, опытно-промышленных испытаний и применения методов геометризации разработаны теоретические положения*

- геометризация процесса формировании отвалов горных пород позволила установить выход кусков разной крупности на фиксированной высоте находится в прямой зависимости от параметров шероховатости поверхности откоса, содержания кускового материала в исходной выгружаемой массе и в обратной зависимости от высоты отвала, производительности выгрузки, начальной скорости движения горной массы, а также размера и момента инерции вращения самих кусков;

- установленные геометризацией соотношения, описывающие закономерность разделения горной массы по гранулометрическому составу на откосе отвалов приобретают универсальный характер, если в качестве аргумента функции выхода фракций принять нормированный показатель отношения высоты отвала к размеру максимального куска,

совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное научное достижение в области разработки месторождений твердых полезных ископаемых.

Разработанная математическая модель и дальнейшая геометризация процесса сегрегации позволяют исследовать влияние горнотехнических и технологических факторов на контрастность разделения сыпучего материала по крупности при решении вопросов рудоподготовки и оценке фильтрационной способности отвальных тел

Основные научные и практические результаты исследований состоят в следующем-

1 На основе применения методов геометризации установлено, что при формировании отвалов горных пород выход кусков разной крупности на фиксированной высоте находится в прямой зависимости от параметров шероховатости поверхности откоса, содержания кускового материала в исходной выгружаемой массе и в обратной зависимости от высоты отвала, производительности выгрузки, начальной скорости движения горной массы, а также размера и момента инерции вращения самих кусков

2 Установленные геометризацией соотношения, описывающие закономерность разделения горной массы по гранулометрическому составу на откосе отвалов приобретают универсальный характер, если в качестве аргумента функции выхода фракций принять нормированный показатель отношения параметров высоты отвала к размеру максимального куска

3 Геометризацией установлено, что при отсыпке отвалов сыпучей массой с различным гранулометрическим составом отмечается неравномерная плотность укладки горной массы, что приводит к образованию «пятнистой» структуры массива насыпного объекта

4 Установлено, что плотность сыпучего материала оказывает влияние на процесс сегрегации скальных пород опосредованно через характеристики ее трения и сцепления ( коэффициент внутреннего трения, начальное сопротивление сдвигу)

„ ховатой поверхности с углом естественного откоса под действием силы тяжести, сдвигающих сип подпирающих пород и трения, возникающего на поверхности откоса. В процессе сползания массы происходит "втирание" мелких фракций в шероховатую поверхность откоса, а отдельные крупные куски скатываются к основанию отвала

Геометризацией обоснованы начальные условия формирования насыпных тел, включающих в себя кинематические характеристики и геометрические параметры горно-транспортного оборудования

6 На основе геометризации установлены общие закономерности формирования внутренней структуры отвала отсыпка отвалов производится наклонными слоями, а в соответствии с геометрией внутренней структуры отвала образуются слои, параллельные основанию, в поперечном сечении штабеля выделяются три зоны формирования его внутренней структуры первая зона прилегает непосредственно к пионерному основанию отсыпки и ограничивается поверхностью с углом естественного откоса, вторая зона характеризуется устоявшимся соотношением масс разного грансостава и достигает по своему объему 70-90% от общего массива отвала в его сечении, третья зона непосредственно примыкает к поверхности откоса отвала

7 Геометризацией экспериментальных данных отработки штабелей установлена закономерность распределение масс по крупности на поверхности отсыпки значительно (15-20%) отличается от распределения масс во внутренней структуре отвала

8 Установлено, что формирование отвалов забалансовых и некондици-

онных руд, используемых в дальнейшем для переработки, целесообразно вести автосамосвалами с небольшой (до 40 т) грузоподъемностью, что обеспечивает большую эффективность сегрегации и, соответственно, лучшую последующую селективную отработку отвалов. Формирование отвалов вскрышных пород большой высоты целесообразнее вести большегрузными автосамосвалами (более 75 т) для обеспечения максимальной производительности отсыпки Параметры автомобильного транспорта влияют на процесс формирования внутренней структуры отвалов, что позволяет управлять технологией отвалообразования Таким образом, эффективность использования автомобильного транспорта при формировании насыпных тел зависит от функционального назначения отвалов и характера технологических задач.

9 Установлено, что интенсивность разгрузки автосамосвалов неравномерна, а скорость движения горной массы в кузове возрастает по мере его поднятия Интенсивность и скорость выгрузки зависят от физико-механических характеристик выгружаемой горной массы и параметров кузова В конечном итоге это определяет начальные условия формирования исходного потока сыпучего материала по откосу отвала и влияет на эффективность его сегрегации

10 Разработана методика определения коэффициента разрыхления сыпучих сред, представленных различным соотношением материала по крупности В основе расчетов лежит итерационный метод перехода от бинарной к многокомпонентной среде. Относительная погрешность сопоставления расчетных и экспериментальных данных находится в пределах 3-5%

11 Разработан алгоритм расчета коэффициента запаса устойчивости и фильтрационных свойств отвалов, основанный на использовании итерационного метода определения коэффициента разрыхления сыпучего материала При этом геометризацией отражена внутренняя структура отвальных тел, характеризуемая неравномерным изменением коэффициента разрыхления

12 Методами геометризации установлено, что нижние слои откосов отвалов имеют больший коэффициент разрыхления, чем верхние Это связано с тем, что плотность укладки верхних слоев выше, так как здесь значительно больше мелочи. Подошвенный слой отвала, непосредственно прилегающий к поверхности его основания, имеет наименьший коэффициент разрыхления в силу большей плотности укладки разнофракционной смеси сыпучего материала. Расчеты, выполненные с использованием геометризации процесса сегрегации, позволяют дать научное объяснение этому практическому явлению

13 Разработана технология рудоподготовки в карьере, включающая совокупность следующих операций.

- выявление взаимосвязи вещественного состава взорванной рудной массы с ее крупностью,

- разделение рудного материала по содержанию полезного компонента или вредной примеси на кондиционную и некондиционную составляющие непосредственно в зоне ведения горных работ с использованием стационарных или передвижных грохотильных установок,

- транспортирование некондиционной составляющей рудной массы в отвал, а кондиционной - на переработку для получения высококачественной товарной продукции

Экономический эффект от функционирования данной технологии может быть получен за счет снижения расхода руды при добыче на получение единицы товарной продукции. По совокупности отмеченных признаков разработанную технологию можно отнести к ресурсосберегающей

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

В ведущих реквизируемых журналах, определенных Высшей атте-стаиионной комиссией:

1 Лаптев Ю В. Теоретические концепции описания процесса сегрегации горных пород на откосах отвалов // Маркшейдерия л недропользование -2006 -№ 1 -С 23-29

2 Лаптев Ю В Влияние высоты отвалов на процесс сегрегации горной массы по крупности // Маркшейдерия и недропользование. - 2006 - № 6 - С 34-35 '

3 Лаптев Ю В Горнотехнические факторы, определяющие закономерности процесса сегрегации горных пород при отсыпке отвалов // Маркшейдерия и недропользование - 2007 - № 1 - С 20 - 25

4 Лаптев Ю В Закономерности процесса сегрегации горной массы при формировании насыпных техногенных объектов // Горный информационно - аналитический бюллетень -2007 -№2 - С 276-281

В монографиях:

5 Гальянов А В, Лаптев Ю В , Ковалев М Н Закономерности сегрегации при складировании скальных пород и руд на карьерах ОАО «Комбинат «Магнезит» -Екатеринбург ИГД УрОРАН, 1997 -96 с

6 Гальянов А В, Лаптев Ю. В Оценка гомогенности при смешивании кускового рудного материала - Екатеринбург ИГД УрО РАН, 1998 -180 с

7 Гальянов А В , Лаптев Ю В Рудоподготовка на карьерах - Екатеринбург ИГД УрО РАН, 2000 - 426 с.

В научных сборниках, журналах и материалах конференций:

8 Совершенствование методики планирования и прогнозирования качества добываемого сырья на комбинате «Магнезит» / Ю В Лаптев, А В Гальянов и др // Огнеупоры - 1993 -№ 12 - С 24-28

9 Рудоподготовка магнезитового сырья при добыче / Ю В Лаптев, А. В Гальянов и др // Огнеупоры и техническая керамика. - 2000. - № 7 - С 35-38.

10 Гальянов А В , Антонов В А, Лаптев Ю В Определение выхода заданного класса крупности кускового материала на конвейерных потоках методом отраженного гамма-излучения // Дефектоскопия.-2001. -№7 -С 79-83.

11 Лаптев Ю. В. Математическая модель перемешивания рудного материала в забое // Проблемы повышения эффективности маркшейдерских работ на горных предприятиях- межвуз науч. тем сб / СГИ. - Екатеринбург, 1992 -С.20-30

12 Лаптев Ю В., Гальянов А В, Ковалев М Н Проблемы повышения качества сырья на ОАО «Комбинат «Магнезит» // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века сб науч тр . т. 4 / МГМА - Магнитогорск, 1996 -С. 122-130.

13 Лаптев Ю В., Гальянов А. В Исследование эффекта сегрегации при отсыпке рудных перегрузочных складов // Изв УГГГА Серия- Горное дело. -1998 - Вып 7 - С. 62 - 67

14 Гальянов А В, Лаптев Ю. В., Блинов А Н. Геометрические закономерности деформации внутренней структуры массива при БВР // Проблемы геотехнологии и недроведения (Мелышковские чтения), докл. Меж-дунар конф • в 4 т • т 1. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1998. - С. 232 - 237.

15 Лаптев Ю В , Гальянов А. В. Планирование выхода технологических сортов руда при оперативном управлении работами // Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения), докл Междунар конф в 4 т.: т 2 - Екатеринбург. ИГД УрО РАН, 1998 - С. 111 -117

16 Патент № 2125257 Российская Федерация, МКП5 6 в 01 Способ определения заданного класса по крупности в кусковом материале, перемещаемом в технологическом потоке / В. В Гальянов, Ю. В Лаптев и др; зая-

витель и патентообладатель ИГД УрО РАН, АО Комбинат Магнезит. -№ 96104508/25, заявл 06 03.96, опубл от 20 01 99, Бюл № 2(2 ч.).

17 Оптимизация показателей полноты и качества извлечения запасов при добыче / Ю В Лаптев, А В Гальянов, и др // Изв вузов Горн журн. -2000.-№6 -С 21-25

18 Лаптев Ю. В., Гальянов А В , Корешков Д. В Обоснование грохо-тильной схемы рудоподготовки на карьерах ОАО «Ураласбест» // Итоги и проблемы производств, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом (Материалы к Междунар. науч - техн. конф в связи с 75-летием В С Хохрякова) - Екатеринбург УГГГА, 2002 - С. 71 -73.

19 Лаптев Ю. В., Гальянов А В , Корешков Д. В. Перспективы грохо-тильных схем рудоподготовки на горных предприятиях // Сб науч. трудов / ИГД УрО РАН - Вып 1(91). - Екатеринбург, 2003 - С. 67 - 76

20 Лаптев Ю В Математическая модель сегрегации дробленого скального материала при отсыпке отвалов и складов // С б науч. трудов / ИГД УрО РАН.- Вып. 1(91). - Екатеринбург, 2003 - С 94 - 102

21 Лаптев Ю В, Гальянов А В. Теоретические основы процесса сегрегации горной массы // Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр. - Екатеринбург, 2004 - С 245 - 259 - (Сб науч. тр / ИГД УрО РАН. - Вып.2 (92)

22 Лаптев Ю В. Исследование динамики выгрузки горной массы из кузова автосамосвала // Уральский горнопромышленный форум Горное дело. Оборудование. Технологии, сб докл. / KOCK «Россия» Выставочный центр, ИГД УрО РАН - Екатеринбург УрО РАН, 2006. - С 133 -136

23 Лаптев Ю JB. Закономерности процесса сегрегации горной массы при формировании отвалов // Уральский горнопромышленный форум- Горное дело Оборудование. Технологии* сб докл / KOCK «Россия» Выставочный центр, ИГД УрО РАН - Екатеринбург: УрО РАН, 2006 - С 112-115

Подписано в печать 21 08 2007 г Объем 3 печ. л Бумага офсетная. Тираж/^экз. Заказ № В 9

Отпечатано в ИПЦ «Издательство УрГУ» 620083, г Екатеринбург, ул. Тургенева, 4

Содержание диссертации, доктора технических наук, Лаптев, Юрий Викторович

Введение.

Глава 1. Изученность явления сегрегации скальных пород при формировании насыпных тел.р

1.1. Геометризация как метод изучения процессов.

1.2. Эмпирические сведения о явлении сегрегации.

1.3. Теоретические представления о процессе сегрегации.

Выводы.

Глава 2. Результаты экспериментальных исследований процесса сегрегации при отсыпке отвалов скальными породами.

2.1. Методика и организация экспериментов.

2.2. Отсыпка пород на горизонтальное основание штабеля.

2.3. Отсыпка пород на наклонное основание штабеля.

2.4. Отсыпка пород на наклонное основание штабеля толстыми слоями различного гранулометрического состава.

2.5. Разделительная способность наклонной поверхности насыпей.

Выводы.

Глава 3. Теоретические основы геометризации процесса сегрегации сыпучих материалов при отсыпке отвалов.

3.1. Концептуальное представление процесса разделения сыпучих сред на шероховатой наклонной поверхности отвалов.

3.2. Геометрические параметры поверхности откосов отвалов.

3.3. Кинетика движения "мелких" фракций на откосе отвала.

3.4. Влияние сил трения скальных пород о поверхность откоса отвала на спонтанное разделение их по крупности.

3.5. Геометризация процессов автосамосвальной и бульдозерной отсыпки горных пород под откос отвалов.

3.5.1. Процесс автомобильной разгрузки горной массы.

3.5.2. Бульдозерная сдвижка горной массы под откос отвала.

3.6. Математическая модель процесса сегрегации на откосе отвала.

Выводы.

Глава 4. Исследование процесса сегрегации горной массы при формировании насыпных объектов.

4.1. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных моделирования процесса сегрегации сыпучих материалов на отвалах.

4.1.1 Основные переходные формулы теории моделирования физических процессов.

4.1.2 Сходимость расчетных и экспериментальных данных моделирования процесса сегрегации сыпучего материала на отвалах

4.2. Исследование влияния высоты насыпных объектов на процесс сегрегации горных пород.

4.3. Исследование влияния гранулометрического состава исходной горной массы на процесс сегрегации.

4.4. Исследование влияния параметров горно-транспортного оборудования на процесс сегрегации горных пород.

4.5. Исследование влияния формы кусков горной породы на процесс сегрегации.

4.6. Исследование влияния показателя Н/с1тах на процесс сегрегации горных пород в насыпных объектах.

4.7. Исследование влияния характеристик трения горных пород на процесс сегрегации.

Выводы.

Глава 5. Использование явления сегрегации при решении горнотехнических задач.

5.1. Зависимость коэффициента разрыхления пород от их гранулометрического состава.,.

5.2. Влияние сегрегационного процесса на коэффициент запаса устойчивости откосов отвалов.

5.3. Влияние сегрегации на фильтрационные свойства отвалов.

5.4. Использование явления сегрегации при решении задач рудоподго-товки на горных предприятиях

5.4.1. Взаимосвязь качественных и гранулометрических характеристик минерального сырья на горных предприятиях.

5.4.2. Использование фактора взаимосвязи вещественного и гранулометрического состава руды при отработке складов некондиционного сырья.

5.5. Особенности технологии рудоподготовки на шахте "Магнезитовая" ОАО "Комбинат Магнезит".

5.5.1. Технологическая эффективность переработки кускового магнезита на ДОФ-2 и ЦМП

5.5.2. Промышленные испытания по определению взаимосвязи химического состава взорванной рудной массы с ее грансоставом.

5.5.3. Промышленные испытания по определению гранулометрического состава взорванной рудной массы на шахте "Магнезитовая".

5.5.4. Конструктивно-технологические параметры грохотильно-перегрузочного пункта (ГПП) на складе штольни гор. +180м шахты "Магнезитовая".

5.6. Особенности технологии рудоподготовки в карьере ОАО "Уралас-бест".

5.6.1. Оценка взаимосвязи показателей асбестовой рудной массы с ее крупностью.

5.6.2. Технологическая схема функционирования грохотильно - перегрузочных пунктов и их конструктивные особенности.

5.6.3. Производительность грохотильно - перегрузочного пункта.

5.6.4. Экономическая эффективность предобогащения минерального сырья в карьере.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геометризация процесса сегрегации скальных пород по крупности при формировании отвалов"

Развитие идеи П.К.Соболевского о геометризации процессов при современном уровне развития горного производства является актуальным на новом этапе формирования теоретических основ горно-геометрического анализа. Геометризация производственного процесса предполагает аналитическое и геометрическое описание закономерностей, присущих определенному этапу горнотехнической деятельности предприятия. В этом отношении цель, стоящая перед геометризацией процесса, аналогична цели, стоящей при геометризации месторождения - выявление закономерностей, формализация, объяснение и использование их в информационных технологиях.

Сегрегация есть физический процесс разделения сыпучего материала по крупности при отсыпке его на наклонную поверхность отвальных тел. В практике горного производства эффект сегрегации проявляется при отсыпке отвалов пустых пород, формировании рудных складов различного функционального назначения как в карьерах, так и на промплощадке горно-обогатительных пред приятий. Эффект сегрегации широко используется в практике обогащения руд черных и цветных металлов. Для повышения эффективности разделительного процесса в обогащении разработаны способы и средства на основе использования гравитационных сил, тангенциальной и нормальной вибраций. Эффект сегрегации проявляется также в газообразной и жидкой среде, что используется в химической промышленности.

В условиях горного производства процесс сегрегации рассматривается в трех направлениях: разработка методов сепарации в дробильных и гравитационных схемах подготовки минерального сырья перед обогащением; разработка способов и средств, обеспечивающих устойчивость откосов отвалов вскрышных пород; рудоподготовка минерального сырья перед его обогащением. Как показал анализ, примерное соотношение публикаций по этим направлениям составляет 4:2: 1, что вполне отражает недостаточную степень изученности процесса сегрегации в горном деле. Несмотря на то, что явление сегрегации горной массы известно в технической литературе уже более 40 лет, физический механизм этого явления не раскрыт и математически не описан. Это определяет научную актуальность вопроса.

Основная закономерность сегрегации отчетливо просматривается при визуальном анализе поверхности откосов отвалов: концентрация мелких фракций в верхней части откосов, крупных фракций - в нижней их части. Однако для решения широкого круга инженерных, технологических и экологических задач необходимо знать изменение гранулометрического состава, пористости, коэффициента фильтрации, насыпной плотности пород и других показателей по всей высоте отвала.

На ряде месторождений выявлена устойчивая статистическая закономерность: качественные показатели мелких фракций минерального сырья значительно отличаются от соответствующих характеристик в крупных классах. Это обстоятельство необходимо использовать при разработке технологии рудопод-готовки на карьерах, основой которой являются разделительные операции (селекция, грохочение и т.д.). В этих условиях знание законов сегрегации приобретает важное практическое значение.

Задачи диссертационной работы заключаются в следующем:

3 Выявить геометрические закономерности формирования внутренней структуры отвалов при их отсыпке и её влияние на показатели устойчивости.

5 Дать геометрическое и математическое описание явлению разделения сыпучего материала по крупности при отсыпке его на наклонную поверхность насыпного объекта.

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие научные положения, выносимые на защиту:

1 Геометризация процесса формирования отвалов скальных пород позволила установить: выход кусков разной крупности на фиксированной высоте находится в прямой зависимости от параметров шероховатости поверхности откоса, содержания кускового материала в исходной выгружаемой массе и в обратной зависимости от высоты отвала, производительности выгрузки, начальной скорости движения горной массы, а также размера и момента инерции вращения самих кусков.

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе широко использованы методы научного познания: теоретическое обобщение современных знаний и представлений о процессе сегрегации, теоретические исследования на основе массово-балансовой модели разделения сыпучего материала по крупности на шероховатой поверхности насыпных тел, лабораторный эксперимент, опытно-промышленные испытания, методы геометрии недр.

Личный вклад автора состоит:

- в разработке теоретических основ разделения по крупности скальных пород при формировании отвалов, установлении основных закономерностей сегрегации горной массы при формировании насыпных объектов на основе геометризации физического процесса разделения сыпучего материала по гранулометрическому составу при отсыпке отвалов.

Научная новизна результатов исследований:

- впервые проведена геометризация процесса разделения горных скальных пород по гранулометрическому составу на откосе насыпных тел. Основой модели служит баланс материальных потоков сыпучей массы на шероховатой поверхности откоса отвала;

- установлены зависимости вероятностного распределения гранулометрического состава горной массы на откосе отвала от параметров шероховатости поверхности откоса (? с!п), высоты отвала (Н), физико-механических характеристик породы и ее кусковатости (¿4) на основе геометризации процесса сегрегации;

- установлена взаимосвязь разделительной способности шероховатой поверхности откосов насыпных тел от параметров выгрузки горно-транспортного оборудования, осуществляющего формирование отвалов, методами геометризации обоснованы начальные условия технологии формирования насыпных объектов(автомобильная выгрузка, бульдозерная сдвижка);

- установлены взаимосвязи между качественными показателями минерального сырья и его гранулометрическими характеристиками на месторождениях вкрапленных руд: на Саткинском месторождении магнезитов крупные фракции имеют пониженные содержания вредных компонентов; на Баженовском месторождении хризотил-асбеста мелкие фракции имеют повышенное содержание волокна;

Научная значимость результатов исследований состоит в том, что геометризация процесса сегрегации скальной породы по крупности при отсыпке ее на наклонную шероховатую поверхность откоса отвалов позволяет впервые учесть влияние горнотехнических факторов и параметров горно-транспортного оборудования на разделительную способность этой поверхности. Установленные зависимости должны учитываться при разработке методик расчета показателей устойчивости откосов отвалов, их фильтрационной способности и технологии рудоподготовки в конкретных условиях горного производства, что определяет существенный вклад в развитие теоретических основ геометризации технологических процессов горного производства.

Практическое значение работы состоит в том, что результаты геометризации процесса сегрегации рекомендуется использовать при проектировании технологий отвалообразования, расчете параметров устойчивости откосов отвалов, их фильтрационной способности и технологических параметров грохо-тильных схем рудоподготовки в карьерах, учитывающих взаимосвязь качества минерального сырья с его гранулометрическим составом, что обеспечивает повышение качества сырой руды в 2 - 3 раза и повышает безопасность работ при формировании высоких отвалов.

Реализация работы. Результаты исследований положены в основу рекомендаций и технологических решений по формированию качества добываемой руды на карьерах ОАО «Комбинат «Магнезит» и ОАО «Ураласбест». На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана технологическая схема рудоподготовки минерального сырья в карьере с внедрением в проект грохотильно-перегрузочных пунктов. Рекомендации автора использованы проектной организацией «Уралгипроруда», предприятиями ОАО «Комбинат «Магнезит» и ОАО «Ураласбест» при разработке технических систем предобога-щения руды в карьерах на основе применения грохотильно- перегрузочных пунктов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы опубликованы в 23 работах, в т.ч. в 3 монографиях (в соавторстве), докладывались на межгосударственных научно-технических конференциях "Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала" (Магнитогорск, 1995) и "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (Магнитогорск, 1996), международных конференциях "Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами (Мельниковские чтения)" (Челябинск, 1996) и "Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов" (Пермь, 2003), научном симпозиуме "Неделя горняка - 2006" (Москва, 2006), Уральском горнопромышленном форуме (Екатеринбург, 2006), выездной научной сессии Научного совета РАН по проблемам горных наук (Пермь,2007), а также на технических совещаниях ОАО "Комбинат Магнезит" и ОАО "Ураласбест".

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 23 работах, в т.ч. в 3 монографиях (в соавторстве).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 303 страницах, в том числе содержит 78 рисунков, 44 таблицы; список использованной литературы включает 187 источников.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Лаптев, Юрий Викторович

Основные выводы сводятся к следующему:

- фракция 0-8 мм (песок) имеет наименьший коэффициент разрыхления (—1,34). Являясь заполнителем при составлении сложных смесей, он предопределяет значение коэффициента разрыхления = 1,30 + 1,37;

- фракции, освобожденные от песка (0-8 мм), имеют коэффициент разрыхления Кр =1,73 + 1,96.

1.2

О 0.5 1.0

Доля крупной фракции в бинарной смеси, дол.ед. ^20 -40 о ( л ч о ^8-20 ос, ч "8-20 «0-8

2 4 (#) 4 ¿40-80 = 10

8-20 ¿0-8

Рисунок 5.2 - Зависимость коэффициента разрыхления бинарной смеси рудного материала от соотношения Р (крупная: мелкая) и отношения максимальных диаметров фракции

Таким образом, исследования указывают на то, что главным фактором при определении коэффициента разрыхления является соотношение между различными фракциями смеси, а не размер среднего куска в этой смеси.

Для смесей, состоящих из трех и более фракций, численное значение коэффициента разрыхления может быть определено итерационным методом по следующей схеме:

- фракции сыпучего материала ранжируются в порядке возрастания крупности частиц;

- по формуле (5.15) рассчитывается коэффициент разрыхления Кр112) бинарной смеси первой и второй фракций;

- полученная бинарная смесь является фракцией-заполнителем для третьей, более крупной, фракции. Для составляемой смеси расчет коэффициента разрыхления Кр(1-з> производится по формуле (5.15), где коэффициентом разрыхления Кра.з), где коэффициентом разрыхления мелкой фракции (^р(м)) является кр (1.2), а коэффициентом ^Р(К) в данной бинарной схеме -^р(З) (третьей, более крупной, фракции);

- расчет Кр ведется в итерационном режиме до последней, самой крупной, фракции в смеси.

На рис. 5.3 представлена принципиальная итерационная схема расчета коэффициента разрыхления на примере четырехфракционной смеси.

5.2. Влияние сегрегационного процесса на коэффициент запаса устойчивости откосов отвалов

Коэффициент запаса устойчивости в инженерно-геологических расчетах принимается как отношение сумм всех сил, удерживающих откос, к сумме всех сил, сдвигающих его:

Класс крупности материала

Рисунок 5.3 - Принципиальная итерационная схема расчета коэффициента разрыхления разнофракционного материала (пример), у - выход класса крупности, %: КР - коэффициент разрыхления

Т/—' (5-17) где /¿^Л1 + КЬ - сумма сил трения и сцепления, удерживающих откос;

- сумма касательных сил, сдвигающих откос и действующих по расчетной поверхности. Расчет коэффициента запаса устойчивости откосов отвалов часто производится по формуле

V ^ где ср - угол внутреннего трения отвальной массы в пределах призмы возможного обрушения, град; а - результирующий угол наклона яруса отвала, град. Угол внутреннего трения (р{ в зависимости от пористости п1 определяется из уравнения

1.13

5.19)

0-945

-. (5.20)

1 + п

Пористость п1 связана в свою очередь с коэффициентом разрыхления Кр выражением 1 п = 1~Тр ■ (5-21)

По формулам (5.19) - (5.20) выполнен расчет коэффициентов запаса устойчивости наклонной поверхности опытного штабеля 2.

На рис. 5.4 и 5.5 представлены графики изменения коэффициентов запаса устойчивости наклонной поверхности опытных штабелей 2 и 3.

Рисунок 5.4 - Изменение коэффициента запаса устойчивости по откосу опытного штабеля № 2: 1 - при tgф = 1,13/1+и; 2 - при Бтф = 0,945/1+п

5.3. Влияние сегрегации на фильтрационные свойства отвалов

Основным показателем водопроницаемости отвального массива является коэффициент фильтрации который представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте (уклоне), равном единице, или количество воды, проходящее в единицу времени через сечение, равное единице, при напорном градиенте, равном единице. Коэффициент фильтрации выражают в м/сутки или см/с.

Скорость фильтрации связана с коэффициентом фильтрации и гидродинамическим градиентом известным законом Дарси

5.22) где Уф - скорость фильтрации, м/сутки;

3 - градиент напора, являющийся отношением снижения напора к длине пути фильтрационного потока, м/м.

Водопроницаемость горной массы зависит от гранулометрического и минерального состава, пористости, степени уплотнения материала, гидродинамического напора и вязкости воды, а также количества глинистых частиц.

Ершовым Н.П. [67] проанализированы методы расчета фильтрационных параметров крупнообломочных материалов, разработанные применительно к решению задач гидрогеологии и гидротехнического строительства.

Ниже приводятся данные анализа [67] методов расчета коэффициента фильтрации, используемые в гидрогеологии и механике грунтов. Так,

И.А.Палагин [132] предлагает определять скорость фильтрации Уф по формуле

5.23) причем показатель степени т, определяющий степень турбулентности потока (при ламинарном течении т = 1, при турбулентном т = 20), рекомендуется определять по формуле ' где d50 - средний диаметр частиц, см; п - пористость, дол. ед. Для ¿/50 = 0,32 м, п = 0,25 ^ 0,35 т составляет 1,0 - 1,5.

Коэффициент фильтрации для неокатанного грубообломочного материала определяется условием п

0.145 + 0.02^, СМ/С' (5'25) причем щ = 0,332 кн0'523. При Кн, изменяющемся от 3 до 6, у/х = 0,84, а коэффициент фильтрации 0,15 м/с. Эти величины практически совпадают с фактическим значением, если учесть, что часть пор была закальматирована илом.

А.А.Нечипорович [127] предлагает определять по формуле (для щебня)

Snjvm-2d2-m, (5.26) где 5 = 20-14й?501,

1 7 035 т = 1,7

0.5 + d312 ' у - кинематический коэффициент вязкости воды при температуре по

Цельсию, стокс; d - средний размер щебня, см. =М!". (5.27)

1 + 0.0337/ + 0.000221г

В соответствии с руководством ВНИИГ [40] коэффициент фильтрации рекомендуется определять по следующей зависимости:

Л пЪ

1 -п) 197 где dyj - размер обломков щебня, соответствующий 17% накопленной частости, см; 3.99

A = (5.29) где ср\ - коэффициент, учитывающий форму и шероховатость частиц для щебня ср\ - 0,38). К.Терцаги [95] рекомендует определять К^ по формуле с (п-0.13)2 2

Яф ----7п- 10 см/с, 5.30) г/ \J\-n

Ронжин И.С. [150] рекомендует использовать формулу

0.303 + 0.581gd , (5.31) где d ~ средний диаметр частиц, мм. Избаш C.B. [75] предложил выражение

20-^Syjd t (5.32) где d - средний диаметр обломков, см.

Для оценочных расчетов с целью определения пригодности различных методов применительно к реальной горной массе можно использовать опытные данные по фильтрации через каменнонабросную плотину, приведенные В.П.Недригой [122,123] и данные по экспериментам В.А.Яроцкого [187].

Наиболее близкие значения с экспериментами дают формулы, разработанные И.А.Палагиным [132], ВНИИГ [40] и Избашем C.B. [75]. Использование остальных методов явно недопустимо из-за завышения К^ в 10 и более раз.

В.А.Яроцким [187] при опытах на фильтрационных лотках со щебнем фракций 2 - 3,2 и 5 - 7 см при пористости 0,3 - 0,32 получены, соответственно, коэффициенты фильтрации 0,10 и 0,18 м/с.

Таким образом, для щебней разной крупности значения, наиболее близкие с фактическими данными, дает метод И.А.Палагина, а также методы И.С.Ронжина, С.В.Избаша и ВНИИГ.

На рис. 5.6-5.7 представлено изменение коэффициента фильтрации в теле опытных штабелей 2 и 3. Значение К^ определено по формуле

Избаша C.B. (5.32).

По результатам исследований взаимосвязи разрыхленности сыпучего материала отвалов на параметры устойчивости их откосов и фильтрационную способность можно сделать следующие выводы:

1. Главным фактором при определении коэффициента разрыхления является соотношение между различными фракциями смеси сыпучего материала, а не размер среднего куска в этой смеси. Для смесей, состоящих из трех и более фракций, численное значение коэффициента разрыхления определяется итерационным методом.

2. Коэффициенту запаса устойчивости откосов отвалов и параметру фильтрации горных пород в насыпном объекте можно поставить в соответствие конкретное значение коэффициента разрыхления сыпучего материала, составляющего отвальное тело.

3. Изменчивость параметра фильтрации отвального тела находится во взаимосвязи с изменчивостью коэффициента разрыхления сыпучей массы. Низкие значения параметров фильтрации в верхней части отвала, а также в подошвенном его слое, прилегающем непосредственно к основанию отсыпки, обусловлены меньшими значениями коэффициентов разрыхления его сыпучей массы. Нижние слои отвалов имеют более высокие показатели фильтрации, связанные с увеличением коэффициента разрыхления в этой части насыпного тела.

4. Нижняя часть откосов высоких отвалов имеет меньшее значение коэффициента запаса устойчивости, что обусловлено большей разрыхленностью этой зоны насыпного объекта, вызванной сегрегационными процессами. а

Рисунок 5.6 - Изменение коэффициента разрыхления горной массы К (а) и коэффициента фильтрации Ач (б) в теле опытного штабеля № 2

Рисунок 5.7 - Изменение коэффициента разрыхления горной массы к„ (а) и коэффициента фильтрации к., (б) в теле опытного штабеля № 3

Верхняя часть откоса отвала имеет больший запас своей устойчивости, связанный с меньшим коэффициентом разрыхления и повышением плотности укладки сыпучего материала.

5.4. Использование явления сегрегации при решении задач рудоподготовки на горных предприятиях

5.4.1. Взаимосвязь качественных и гранулометрических характеристик минерального сырья на горных предприятиях

К первым публикациям, посвященным данному вопросу, следует отнести статьи К.А.Козырина [93] и П.И.Кудряшова [100]. Исследование процесса усреднения железорудного сырья в штабельных складах на Гороблагодат-ском руднике ММК [93] привело автора к заключению, что существует взаимосвязь гранулометрического и химического состава руды в формируемых штабелях (табл. 5.2).

Добываемые на шахтах Криворожского бассейна железные руды перед отправкой потребителям подвергаются грохочению и в соответствии с требованиями металлургического передела сортируются. Основную массу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

- геометризация процесса формировании отвалов горных пород позволила установить: выход кусков разной крупности на фиксированной высоте находится в прямой зависимости от параметров шероховатости поверхности откоса, содержания кускового материала в исходной выгружаемой массе и в обратной зависимости от высоты отвала, производительности выгрузки, начальной скорости движения горной массы, а также размера и момента инерции вращения самих кусков;

- методами геометризации установлено, что при отсыпке отвалов сыпучей массой с различным гранулометрическим составом отмечается неравномерная плотность укладки скальных пород, что приводит к образованию «пятнистой» структуры массива насыпного объекта, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное научное достижение в области разработки месторождений твердых полезных ископаемых.

Разработанная математическая модель и дальнейшая геометризация про цесса сегрегации позволяют исследовать влияние горнотехнических и технологических факторов на контрастность разделения сыпучего материала по крупности при решении вопросов рудоподготовки и оценке фильтрационной способности отвальных тел.

Основные научные и практические результаты исследований состоят в следующем:

2 Установленные геометризацией соотношения, описывающие закономерность разделения горной массы по гранулометрическому составу на откосе отвалов приобретают универсальный характер, если в качестве аргумента функции выхода фракций принять нормированный показатель отношения параметров высоты отвала к размеру максимального куска.

5 Научно обоснована и разработана теоретическая концепция механизма разделения сыпучего материала по гранулометрическому составу на откосах отвалов, в основе которой лежит сползание горной массы по шероховатой поверхности с углом естественного откоса под действием силы тяжести, сдвигающих сил подпирающих пород и трения, возникающего на поверхности откоса. В процессе сползания массы происходит "втирание" мелких фракций в шероховатую поверхность откоса, а отдельные крупные куски скатываются к основанию отвала.

6 На основе геометризации установлены общие закономерности формирования внутренней структуры отвала: отсыпка отвалов производится наклонными слоями, а в соответствии с геометрией внутренней структуры отвала образуются слои, параллельные основанию; в поперечном сечении штабеля выделяются три зоны формирования его внутренней структуры: первая зона прилегает непосредственно к пионерному основанию отсыпки и ограничивается поверхностью с углом естественного откоса, вторая зона характеризуется устоявшимся соотношением масс разного грансостава и достигает по своему объему 70-90% от общего массива отвала в его сечении, третья зона непосредственно примыкает к поверхности откоса отвала.

7 Геометризацией экспериментальных данных отработки штабелей установлена закономерность: распределение масс по крупности на поверхности отсыпки значительно (15-20%) отличается от распределения масс во внутренней структуре отвала.

8 Установлено, что формирование отвалов забалансовых и некондиционных руд, используемых в дальнейшем для переработки, целесообразно вести автосамосвалами с небольшой (до 40 т) грузоподъемностью, что обеспечивает большую эффективность сегрегации и, соответственно, лучшую последующую селективную отработку отвалов. Формирование отвалов вскрышных пород большой высоты целесообразнее вести большегрузными автосамосвалами (более 75 т) для обеспечения максимальной производительности отсыпки. Параметры автомобильного транспорта влияют на процесс формирования внутренней структуры отвалов, что позволяет управлять технологией отвалообразования. Таким образом, эффективность использования автомобильного транспорта при формировании насыпных тел зависит от функционального назначения отвалов и характера технологических задач.

9 Установлено, что интенсивность разгрузки автосамосвалов неравномерна, а скорость движения горной массы в кузове возрастает по мере его поднятия. Интенсивность и скорость выгрузки зависят от физико-механических характеристик выгружаемой горной массы и параметров кузова. В конечном итоге это определяет начальные условия формирования исходного потока сыпучего материала по откосу отвала и влияет на эффективность его сегрегации.

10 Разработана методика определения коэффициента разрыхления сыпучих сред, представленных различным соотношением материала по крупности. В основе расчетов лежит итерационный метод перехода от бинарной к многокомпонентной среде. Относительная погрешность сопоставления расчетных и экспериментальных данных находится в пределах 3-5%.

11 Разработан алгоритм расчета коэффициента запаса устойчивости и фильтрационных свойств отвалов, основанный на использовании итерационного метода определения коэффициента разрыхления сыпучего материала. При этом геометризацией отражена внутренняя структура отвальных тел, характеризуемая неравномерным изменением коэффициента разрыхления.

12 Методами геометризации установлено, что нижние слои откосов отвалов имеют больший коэффициент разрыхления, чем верхние. Это связано с тем, что плотность укладки верхних слоев выше, так как здесь значительно больше мелочи. Подошвенный слой отвала, непосредственно прилегающий к поверхности его основания, имеет наименьший коэффициент разрыхления в силу большей плотности укладки разнофракционной смеси сыпучего материала. Расчеты, выполненные с использованием геометризации процесса сегрегации, позволяют дать научное объяснение этому практическому явлению.

13 Разработана технология рудоподготовки в карьере, включающая совокупность следующих операций:

- выявление взаимосвязи вещественного состава взорванной рудной массы с ее крупностью;

- транспортирование некондиционной составляющей рудной массы в отвал, а кондиционной - на переработку для получения высококачественной товарной продукции.

14 Целесообразно продолжить исследования по совершенствованию технологии рудоподготовки в карьерах на основе геометризации процесса сегрегации и установлению закономерностей взаимосвязи качественных и гранулометрических характеристик рудного сырья. Теоретический интерес представляет изучение возможности применения диффузионной схемы массопереноса, описываемой обобщенным уравнением Эйнштейна- Колмогорова- Фоккера-Планка, граничным условием в котором является функция распределения гранулометрического состава исходной горной массы, отсыпаемой в отвал, а коэффициенты уравнения отражают кинетику движения сыпучего материала по откосу отвала.

Таким образом, на основе вышеизложенного сформулированы направления дальнейших исследований выполненной диссертационной работы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Лаптев, Юрий Викторович, Екатеринбург

1. А. с. 1238815СССР, МКИ4 В 07 В 13/00. Способ разделения материала Текст. / С. М. Ануфриев, В. С. Мельницкий, В. А. Ануфриева (СССР). -№3787499/23-03; заявл. 20.06.84; опубл. 23.06.86, Бюл. № 23,- С. 17.

2. А. с. 1053913 СССР, МКИЗ В 07 В 13/00. Способ сепарации сыпучих материалов Текст . / П. М. Заика и др. (СССР). №3347159/29-03; заявл. 30.09.81; опубл. 15.11.83, Бюл. № 42. - С. 29.

3. А. с. 768488 СССР, МКИЗ В 07 В 13/00. Устройство для разделения кусковых материалов Текст . / Е. П. Окользин, А. И. Токарев (СССР). -№ 2593950. заявл. 27.03.78; опубл. 07.10.80, Бюл. №37. - С. 24.

4. А. с. 659487 СССР, МКИ2 В 65 С 63. Способ подготовки к переработке неклассифицированного кускового минерального сырья Текст . /

5. В. Ф. Суховерский и др. (СССР). -№2394572/27-И; заявл. 01.08.76; опубл. 30.04.79, Бюл. № 16,-С. 98.

6. Азбель Е. И. Компенсация явления сегрегации материала по крупности Текст ./ Е. И. Азбель // Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке: сб. ст. М.: Недра, 1987. - С. 266 - 274.

7. Андреев С. Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых Текст . / С. Е. Андреев, В. А. Перов, В. В. Зверевич. М.: Недра, 1980.-415 с.

8. Бакка Н. Т. Геометризация качественных показателей месторождений облицовочного камня Текст . / Н. Т. Бакка П Строительные материалы. 1988.-№ 9.-С. 19-20.

9. Барон Л. И. Кусковатость и методы ее измерения Текст . / Л. И. Барон. -М.: Изд- во АН СССР, 1960. 124 с.

10. Барон Л. И. Характеристики трения горных пород Текст . / Л. И. Барон. -М.: Наука., 1967. -207 с.

11. Барский М. Д. Оптимизация процессов разделения зернистых материалов Текст . / М. Д. Барский. М.: Недра, 1978. - 168 с.

12. Барский М. Д. Гравитационная классификация зернистых материалов Текст . / М. Д. Барский, В. И. Ревнивцев, Ю. В. Соколкин. М.: Недра, 1974.-232 с.

13. Бастан П. П. Горная геометрия в современном представлении Текст . // П. П. Бастан. Изв. вузов. Горн. журн. - 1984. - № 6. - С. 25-31.

14. Бастан П. П. О возможности применения сегрегационного разделения материалов при циклично-поточной технологии Текст . / П. П. Бастан, Е. И. Ключкин, А. В. Гальянов // Изв. Вузов. Горн. журн. 1979. - № 12. -С. 36 - 38.

15. Бастан П. П. Смешивание и сортировка руд Текст . / П. П. Бастан, Н. К. Костина. М.: Недра. 1990. - 168 с.

16. Бастан П. П. Теория и практика усреднения руд Текст . / П. П. Бастан, Е. И. Азбель, Е. И. Ключкин. М.: Недра, 1979. - 255 с.

17. Бастан П. П. Усреднение руд на горно-обогатительных предприятиях Текст . / П. П. Бастан, Н. Н. Волошин. М.: Недра, 1981. - 280 с.

18. Батугин С. А. Анизотропия массива горных пород Текст . / С. А. Батугин. Новосибирск: Наука СО, 1988. - 86 с.

19. Батугин С. А. Гранулометрия геоматериалов Текст . / С. А. Батугин, А. В. Бирюков, Р. М. Кылатчанов. Новосибирск: Наука СО, 1989. - 173 с.

20. Беляков Ю. И. Проектирование экскаваторных работ Текст | / Ю. И. Беляков.-М.: Недра, 1983.- 350 с.

21. Борткевич С. В. О плотности укладки песчано-гравийных и галечнико-вых грунтов в тело плотины Текст . / С. В. Борткевич // Гидротехническое строительство. 1982. -№ 6. - С. 28 - 29.

22. Боудан Ф. П. Трение и смазка твердых тел Текст . / Ф. П. Боудан, Д. Тейбор. М.: Машиностроение, 1968. - 543 с.

23. Бояринов А. И. Методы оптимизации в химической технологии Текст . /

24. A. И. Бояринов, В. В. Кафаров. М.: Химия, 1969. - 564 с.

25. Букринский В. А. Геометрия недр Текст . / В. А. Букринский. М.: Недра, 1985.-526 с.

26. Букринский В. А. Перспективы развития геометрии недр Текст . / В. А. Букринский, Ю. В. Коробченко // Геометризация месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1977. - С. 5-11

27. Булкин Г. А. Введение в статистическую геохимию Текст . /' Г. А. Булкин. Л.: Недра, 1972. - 208 с.

28. Бызова Н. Л. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси Текст . / Н. Л. Бызова, Е. К. Гарген,

29. B. Н. Иванов. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -280 с.

30. Вайсберг Л. А. Массово-балансовая модель вибрационного грохочения сыпучих материалов Текст . / Л. А. Вайсберг, Д. Г. Рубисов // Обогащение руд. 1988. - № 5.- С. 5 - 8.

31. Ван Кампен Н. Г. Стохастические процессы в физике и химии Текст . / Н. Г. Ван Кампен. М.: Высшая школа, 1990. - 376 с.

32. Васильев М. В. Внутрикарьерное складирование и перегрузка руд Текст ./М. В. Васильев. -М.: Недра, 1968,- 182 с.

33. Васильев М. В. Транспорт глубоких карьеров Текст . / М. В. Васильев. -М.: Недра, 1983.-295 с.

34. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения Текст . / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров. М.: Наука, 1988. - 480 с.

35. Вентцель Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения Текст . / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров. М.: Наука, 1 991. - 384 с.288

36. Верховский И. М. Исследование кинетики процесса отсадки Текст . / И. М. Верховский, Н. Н. Виноградов, О. М. Арутюнов // Изв.вузов. Горн, журн. 1959,-№ 10.-С. 141 - 148.

37. Вилесов Г. И. Методы геометризации месторождений Текст . / Г. И. Вилесов, А. Н. Ивченко, И. М. Диденко. М.: Недра, 1973. - 173 с.

38. Влияние дробления пород на эффективность технологических процессов открытой разработки Текст . / М. Ф. Друкованый и др. Киев: Наукова думка, 1974.-270 с.

39. Волегов Б. М. Горно-геометрический анализ карьерных полей Текст ./ Б. М. Волегов и др. // Горн. журн. 1989. - № 6. - С. 20-21.

40. Воробьев В. А. Применение физико математических методов в исследовании свойств бетона Текст . / В. А. Воробьев, В. К. Кивран, В. П. Корякин. - М.: Высшая школа, 1977. - 271с.

41. Временные указания по проектированию и подбору гранулометрического состава фильтров переходных зон, защищающих связные (глинистые) грунты ядер (экранов) высоких и сверхвысоких плотин из местных материалов Текст . . Л.: Энергия, 1972. - 26 с.

42. Выбор параметров и режима отсыпки высоких бульдозерных отвалов на наклонном основании Текст . / Н. П. Ершов и др. // Горн, журн 1975. -№ 2. - С. 22 - 24.

43. Гальянов А. В. Закономерности сегрегации при складировании скальных пород и руд на карьерах ОАО «Комбинат Магнезит» Текст . / А. В. Гальянов, Ю. В. Лаптев, М. Н. Ковалев. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1997,- 100 с.

44. Гальянов А. В. Оценка гомогенности при смешивании кускового рудного материала Текст . / А. В. Гальянов, Ю. В. Лаптев Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1998.- 180 с.

45. Гальянов А .В. Рудоподготовка на карьерах Текст . / А. В. Гальянов, Ю. В. Лаптев. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2000. - 426 с.

46. Гальянов А. В. Технология формирования качества руды при открытой разработке месторождений Текст. : дис. д-ра техн. наук /Гальянов А. В. -Екатеринбург, 1996.-368 с.

47. Гальянов А. В. Геометрия недр и геоинформатика Текст . / А. В. Гальянов // Сб. науч. тр./ ИГД УрО РАН. Вып. 1(91). - Екатеринбург, 2003. -С. 85-93.

48. Геометризация минерального сырья как основа рационального освоения недр Текст . / Научные труды. М.: МГИ, 1969. - 340 с.

49. Геомеханика отвальных работ на карьерах Текст . / В. В. Панюков и др.-М.: Недра, 1972.- 183 с.

50. Герсеванов Н. М. Теоретические основы механики грунтов и их практическое применение Текст . / Н. М. Герсеванов, Д. Н. Пальшин. М.: Стройиздат, 1948. - 247 с.

51. Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей Текст . / Б. В. Гнеденко. М.: Наука. 1988.-448 с.

52. Гольдфайн И. А. Векторный анализ и теория поля Текст . / И. А. Гольдфайн. -М.: Наука, 1968. 128 с.

53. Гончаров С. А. Перемещение и складирование горной массы Текст . / С. А. Гончаров. М.: Недра, 1988. - 200 с.

54. Гордеев В. А. Геометризация условий разработки месторождений полезных ископаемых Текст . / В. А. Гордеев // Изв. вузов. Горн. журн. 1992. - №9.-С. 87-91

55. Григорьева Е. Д. Расчет показателей грохочения по статистической теории Текст . / Е. Д. Григорьева, Е. А. Непомнящий // Обогащение руд. -1970.-№ 5.-С. 17- 19.

56. Гудман- Р. Механика скальных пород Текст . / Р. Гудман. М.: Строй-издат, 1987.-232 с.

57. Дашко Р. Э. Механика грунтов в инженерно-геологической практике Текст. / Р. Э. Дашко, А. А. Каган. -М.: Недра, 1977.-237 с.

58. Дженике Э. В. Складирование и выпуск сыпучих материалов Текст . / Э. В. Дженике.-М.:Мир, 1968.- 164 с.

59. Диткин В. А. Интегральные преобразования и операционное исчисление Текст . / В. А. Диткин, А. П. Прудников. М.: Наука, 1974. - 542 с.

60. Дубров А. М. Математико-статистическая оценка эффективности в экономических задача Текст . / А. М. Дубров. М.: Финансы и статистика, 1982.- 176 с.

61. Ермолин Ю. Н. Влияние параметров буровзрывных работ на эффективность рудоподготовки при открытой разработке сложноструктурных месторождений Текст. / Ю. Н. Ермолин, В. А. Вагнер, М. М. Король // Горн, журн,- 1986.-№3.- С. 31-33.

62. Ершов В. В. Основы горнопромышленной геологии Текст . / В. В. Ершов. М.: Недра, 1988. - 328 с.

63. Ершов Н. П. Разработка метода расчета параметров и режима отсыпки бульдозерных отвалов Текст . : дис. . канд. техн. наук / Ершов Н. П. -Свердловск, 1984. 152 с.

64. Ершов Н. П. Сжимаемость и сопротивление сдвигу скальной горной массы Текст . / Н. П. Ершов, В. Г. Зотеев, А. В. Фролов // Сб. науч. трудов./ ИГД МЧМ СССР. Вып. 67.- Свердловск, 1981. — С. 72 - 76.

65. Журавлев В. Ф. Механика систем с неудерживающими связями Текст . / В. Ф. Журавлев, Н. А. Фуфаев. М.: Наука, 1993. - 239 с.

66. Зарайский В. Н. Рациональное использование и охрана недр на горнодобывающих предприятиях Текст . / В. Н. Зарайский, В. И. Стрельцов. -М.: Недра, 1987.-293 с!

67. Зенков Р. Л. Механика насыпных грузов Текст . / Р. Л. Зенков. -М.: Машиностроение, 1964. -251с.

68. Зотеев В. Г. Теоретические основы обеспечения устойчивости и формирования скальных откосов глубоких карьеров Текст . : дис. д-ра техн. наук/ В. Г. Зотеев. Свердловск, 1981. - 395 с.

69. Иванов И. П. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых Текст . / И. П. Иванов. М.: Недра, 1990. - 302 с.

70. Избаш С. В. Гидравлика перекрытия русел Текст . / С. В. Избаш, X. Ю. Хелдре М.: Госэнергоиздат, 1959. - 422 с.

71. Исследование эффекта сегрегации при отсыпке рудных перегрузочных складов на карьерах АО "Комбинат "Магнезит" Текст . / А. В. Гальянов и др. // Известия УГГГА. Сер. Горное дело. 1998. - Вып. 7. - С. 62 - 67.

72. Истомина В. С. Фильтрационная прочность глинистых грунтов Текст . / В. С. Истомина, В. В. Буренкова, Г. В. Мишурова. М.: Стройиздат, 1975. - 220 с.

73. Каган А. А. Расчетные показатели физико-механических свойств грунтов. Назначение, методы, определения Текст . / А. А. Каган. Л.: Стройиздат, 1973. - 143 с.

74. Каган А. А. Расчетные характеристики грунтов Текст . / А. А. Каган. -М.: Стройиздат, 1985. -247 с. (Надежность и качество).

75. Каждан А. Б. Методологические основы разведки полезных ископаемых Текст . / А. Б. Каждан. М.: Недра, 1974. - 272 с.

76. Каждан А. Б. Математическое моделирование в геологии и разведке полезных ископаемых Текст . / А. Б. Каждан, О. И. Гуськов, А. А. Шиман-ский. М.: Недра, 1979. - 168 с.

77. Калинченко В. М. Теория и методы многомерной геометризации показателей месторождения Текст . : автореф. дис. . докт. техн. наук / В. М. Калинченко. Москва, 1987. - 32 с.

78. Калинченко В. М. Современное представление о моделях размещения параметров в залежи Текст . / В. М. Калинченко, В. Л. Павелко // Геометризация месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1977. - С. 124-142.

79. Кандауров И. И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве Текст . / И. И. Кандауров. Л.: Стройиздат, 1988. - 280 с.

80. Картавый Н. Г. Оценка эффективности грохочения вероятностными методами Текст . / Н. Г. Картавый, Б. Л. Степанов // Изв. вузов. Горн, журн. 1984. - № 1. - С. 95 - 97.

81. Кафаров В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств Текст . / В. В. Кафаров, М. Б. Глебов. М.: Высшая школа, 1991. - 400 с.

82. Кафаров В. В. Принципы математического моделирования химико-технологических систем Текст . / В. В. Кафаров, В. Л. Перов, В. П. Мешалкин. М.: Химия, 1974.- 344 с.

83. Квапил Р. Движение сыпучих материалов в бункерах Текст . / Р. Квапил. -М.: Госгортехиздат, 1961. -80 с.

84. Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика. Теория неравновесных систем Текст . / И. А. Квасников. М.: Изд-во МГУ, 1987. -559 с.

85. Кизевальтер В. В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения Текст . / В. В. Кизевальтер. М.: Недра, 1979. - 295 с.

86. Киселев В. А. Распределение скоростей смещений оползневых масс в откосах, сложенных рыхлыми породами Текст . / В. А. Киселев // Изв. вузов. Горн. журн. 1993. - № 1. - С. 46 - 48.

87. Климонтович Ю. Л. Турбулентное движение и структура хаоса. Новый подход к статистической теории открытых систем Текст . / Ю. Л. Климонтович. М.: Наука, 1990. - 320 с.

88. Козырин К. А. Практика усреднения руд Текст . / К. А. Козырин // Горн. журн. 1953. - №2.-С. 32 - 34.

89. Комбалов В. С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ Текст . / В. С. Комбалов. М.: Наука, 1974. - 111 с.

90. Коте Ж. Механика грунтов Текст . / Ж. Коте, Г. Син глет. М.: Строй-издат, 1987.-455 с.

91. Крагельский И. В. Основы расчетов на трение и износ Тексг | /' И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977.-526 с.

92. Краснов А. А. Сегрегация зернистого материала при сдвиговой деформации слоя Текст . / А. А. Краснов // Исследование процессов, машин и ап294паратов разделения материала по крупности. Л.: Механобр, 1988. - С. 50 - 64.

93. Краснов М. Л. Векторный анализ Текст . / М. Л. Краснов, А. И. Киселев, Г. И. Макаренко. М.: Наука, 1978. - 160 с.

94. Крячко О. Ю. Управление отвалами открытых горных работ Текст . / О. Ю. Крячко. М.: Недра, 1980. - 255 с.

95. Кудряшов П. И. Корреляция содержания железа и крупности руды Текст . / П. И. Кудряшов // Изв. вузов. Горн. журн. 1972. - №1. - С. 36 -40.

96. Кудряшов П. И. Геометризация и учет запасов месторождений твердых полезных ископаемых Текст . / П. И. Кудряшов, В. И. Кузьмин. М.: Недра, 1981. - 276 с.

97. Кузминова С. Д. Анализ влияния сегрегации на показатели усреднения при различных режимах складирования и отгрузки железных руд Текст . / С. Д. Кузминова, С. Н. Петрушов // Изв. вузов. Черная металлургия. -1999. -№ 10.-С. 7- 10.

98. Кузьмин В. И. Геометризация и рациональное использование недр Текст . / В. И. Кузьмин, С. Э. Мининг, Г. М. Редькин. М.: Недра, 1991. -319с.

99. Лаптев Ю. В Математическая модель сегрегации дробленого скального материала при отсыпке отвалов и складов Текст . / Ю. В. Лаптев // Сб. науч. тр. / ИГД УрО РАН. Вып. 1(91). - Екатеринбург, 2003. - С. 94 -102.

100. Лаптев Ю. В. Обоснование грохотильной схемы рудоподготовки на карьерах ОАО „Ураласбест" Текст . / Ю. В. Лаптев, А. В. Гальянов,295

101. Д. В. Корешков // Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом: материалы ме-ждунар. науч.- техн. конф. к 75 летию В. С. Хохрякова. - Екатеринбург: УГГГА, 2002. - С. 71-73.

102. Лаптев Ю. В. Перспективы грохотильных схем рудоподготовки на горных предприятиях Текст . / Ю. В. Лаптев, А. В. Гальянов, Д. В. Корешков // Сб. научн. тр. / ИГД УрО РАН. Вып. 1(91). - Екатеринбург, 2003. - С. 67 - 76.

103. Лаптев Ю. В. Теоретические основы процесса сегрегации горной массы Текст . / Ю. В. Лаптев, А. В. Гальянов // Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр. Екатеринбург, 2004. - С. 245 - 259. - ( Сб. науч. тр. / ИГД УрО РАН, Вып. 2 (92).

104. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники Текст . / Б. Р. Левин. М.: Радио и связь, 1989. - 656 с.

105. Лесин Ю. В. Математическое моделирование упаковки частиц массивов разрушенных горных пород Текст . / Ю. В. Левин, В. А. Гоголин // Изв. вузов. Горн. журн. 1987. - № 3. - С. 7-10.

106. Лушнов Н. П. Влияние зернового состава и способа уплотнения крупнообломочного материала на его плотность в наброске Текст . / Н. П. Лушнов // Гидротехническое строительство. 1972. - № 10. - С. 30 -32.

107. Лушнов Н. П. Использование выветрелых горных пород в каменно-земляных плотинах Текст . / Н. П. Лушнов. —М.: Стройиздат, 198 1.- 92 с.

108. Маделунг Э. Математический аппарат физики Текст . / Э. Маделунг. -М.: Наука, 1968.-618 с.

109. Маслобоев В. Г. Математическая модель процесса грохочения Текст | / В. Г. Маслобоев // Изв. вузов. Горн. журн. 1987. - № 7. - С. 109 - 122.

110. Матвеев Н. М. Дифференциальные уравнения Текст . / Н. М. Мат веев. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1963.-416 с.

111. Механика гранулированных сред: Теория быстрых движений Текст . : сб. статей: пер. с англ. М. : Мир. - 1985. - 280 с. - (Механика. Новое в зарубежной науке, № 36).

112. Михайлов В. А. Аналитическое описание процесса разгрузки горной массы из кузова карьерного автомобиля самосвала Текст . /

113. B. А. Михайлов, В. М. Фирсов // Шахтный и карьерный транспорт. -№6 .-М.: Недра, 1980. С. 307 - 315.

114. Михин Н. М. Внешнее трение твердых тел Текст . / Н. М. Михин. М.: Наука, 1977.-221 с.

115. Моделирование структуры массивов из кусковых и зернистых материалов Текст . / Ю.А. Рыжков и др. // ФТПРПИ. 1996. - № 3. - С. 35-38.

116. Морозов М. Г. Использование эффекта сегрегации техногенных отходов для решения эколого-технических задач горного производства Текст . : автореф. дис. . канд. техн. наук / М. Г. Морозов. Екатеринбург, 1998. -27 с.

117. Нагаев Р. Ф. О механизме просеивания мелких фракций в процессе отсы-пания дробленого материала из бункера Текст . / Р. Ф. Нагаев, Н. Н. Ерофеев // Изв. вузов. Горн. журн. 1986. - № 9. - С. 13 - 19.

118. Натурные исследования фильтрации в теле опытной взрывонабросной плотины Текст . / В. П. Недрига и др. // Гидротехническое строительство. 1978,-№ 7.-С. 21-24.

119. Недрига В. П. Некоторые физико-механические и фильтрационные свойства многофракционного скального грунта, получаемого взрывом Текст . / В. П. Недрига, Н. П. Лушнов, Г. И. Покровский // Труды/ ВОДГЕО. -Вып. 68.-М., 1977, — С. 1 -4.

120. Непомнящий Е. А. К теории отсадки тяжелых зерен в слое конечной толщины Текст . / Е. А. Непомнящий // Обогащение руд 1964. - № 6.1. C. 24-26.

121. Непомнящий Е. А. О распределении минеральных частиц в разрыхленных смесях Текст . / Е. А. Непомнящий // Обогащение руд. 1966. - № 2. -С. 32 -35.

122. Непомнящий Е. А. Расчет показателей процессов грохочения и отсадки Текст . / Е. А. Непомнящий // Обогащение руд. 1967. -№ 6. - С. 20.

123. Нечипорович А. А. Плотины из местных материалов Текст . / А. А. Нечипорович. М.: Стройиздат, 1973. - 320 с.

124. О плотности случайной укладки горной массы Текст . / А. С. Ташкинов и др. // Разработка угольных месторождений открытым способом : межвуз. сб. науч. тр./ КузПТИ. Вып. 4. - Кемерово, 1976. - С. 153 - 160.

125. Оксанич И. Ф. Закономерности дробления горных пород взрывом и прогнозирование гранулометрического состава Текст . / И. Ф. Оксанич, П. С. Миронов. М.: Недра, 1982. - 166 с.

126. Олевский В. А. Параметры режима и производительность грохотов Текст ./ В. А. Олевский // Обогащение руд. 1967. -№3.-С.31-37.

127. Ольховский И. И. Курс теоретической механики для физиков Текст . / И. И. Ольховский. -М.: Наука, 1970.-447 с.

128. Палагин И. А. Определение водонепроницаемости зернистых материалов и несвязных грунтов Текст . / И. А. Палагин // Гидротехническое строительство. 1964.-№ 3. - С. 41-42.

129. Панич Ю. В. Оптимизация процесса усреднения руд при пульсирующей загрузке бункеров в условиях сегрегации руды при загрузке Текст . / Ю. В. Панич, М. 3. Пайкин // Изв. вузов. Горн. журн. 1980. - № 10. -С.110-117.

130. Подкосов JI. Г. К вопросу теории гравитационного обогащения Текст . / Л. Г. Подкосов // Горн. журн. 1986. - № 7. - С. 43 - 46.

131. Попов В. Н. Квалиметрия недр Текст ./ В. Н. Попов и др. М.: Изд-во АГН, 2000. -303 с.

132. Попов И. И. Расчет параметров предельных откосов и коэффициента запаса устойчивости Текст . / И. И. Попов, П. С. Шпаков // Изв. вузов. Горн. журн. — 1986. — № 12.-С. 27-31.

133. Попов И. И. Механика скальных массивов и усчойчивость карьерных откосов Текст ./ И. И. Попов и др. Алма-Ата:. Наука, 1986. - 254 с.

134. Проблемы повышения качества сырья на ОАО "Комбинат "Магнезит" Текст . / A.B. Гальянов и др. // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: сб. науч. тр. / МГМА. Т. № 4. - Магнитогорск, 1996. -С. 122-130.

135. Пути совершенствования технологии переработки богатых руд на Михайловском железорудном комбинате Текст . / В. И. Терентьев и др. // Горн, журн. 1974.-№1.-С. 55 - 59.

136. Радовский Б. С. Плотность беспорядочной упаковки твердых частиц сферической формы Текст . / Б. С. Радовский // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1972. - № 4. - С. 195 - 198.

137. Радченко Г. А. Естественная сегрегация отсыпаемых каменных материалов Текст . / Г. А. Радченко // Гидротехническое строительство. -1967. -№5.-С. 23 -25.

138. Райвич И. Д. Отсадка крупнокусковых руд Текст . / И. Д. Райвич. M.-Недра, 1988. - 176 с.

139. Ржевская С. В. Зависимость коэффициента разрыхленйя от соотношения размеров емкости и кусков породы Текст . / С. В. Ржевская // Горн. журн. 1977. -№8. с. 46.

140. Ржевский В. В. Открытые горные работы: в 2х ч.: ч.1 Производственные процессы Текст . / В. В. Ржевский.- 4 -е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1985. - 508 с.

141. Ржевский В. В. Физико-технические параметры горных пород Текст . / В. В. Ржевский. -М.: Наука, 1975.-212 с.

142. Ржевский В. В. Основы физики горных пород Текст . / В. В. Ржевский, Г. Я. Новик. М.: Недра, 1984. - 359 с.

143. Ройнишвили Н. М. Защита железнодорожного пути от горных обвалов и осыпей ' Текст . / Н. М. Ройнишвили. М.: Транспорт, 1973. - 304 с.

144. Романков П. Г. Массообменные процессы в химической технологии (системы с дисперсной твердой фазой) Текст . / П. Г. Романков, В. Ф. Фролов. Л.: Химия, 1990. - 384 с.

145. Ронжин И. С. Основные направления в фильтрационных исследованиях гидротехнических сооружений Текст . / И. С. Ронжин // Труды / Гидропроект.- №59. м, 1978.-С. 103 117.

146. Рубинштейн Ю. Б. Математические методы в обогащении полезных ископаемых Текст . / Ю. Б. Рубинштейн, Л. А. Волков. М.: Недра, 1987. -296 с.

147. Рудоподготовка магнезитового сырья при добыче Текст . /

148. A. В. Гальянов и др. // Огнеупоры и техническая керамика. 2000. - № 7. -С. 35 - 38.

149. Рыжков Ю. А. Механика и технология формирования закладочных массивов Текст . / Ю. А. Рыжов, А. Н. Волков, В. А. Гоголин. М.: Недра. 1985.- 191с.

150. Сапожников В. Т. К вопросу о предельной высоте отвалов Текст . /

151. B. Т. Сапожников // ФТПРПИ. 1971. -№ 6. - С. 80 - 86.

152. Сергеев Е. М. Грунтоведение Текст . / Е. М. Сергеев. М.: Изд-во МГУ, 1983.-392 с.

153. Смирнов Г. А. Теория движения колесных машин Текст | /' Г. А. Смирнов. М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.

154. Смирнов Н. В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений Текст . / Н. В. Смирнов, И. В. Дунин Тарковский. - М.: Наука, 1969. - 51 1 с.

155. Сухаревский В. М. Деформация породных отвалов Текст . /

156. B. М. Сухаревский, А. И. Стельмах, И. С. Фридман. — Киев: Техника, 1970. 108 с.

157. Суховерский В. Ф. Сегрегация сыпучих материалов по крупности в штабельных складах Текст . / В. Ф. Суховерский, А. А. Ашимбаев // Новые методы открытой разработки месторождений Киргизии. Фрунзе: Илим, 1974.-С. 54 - 57.

158. Суховерский В. Ф. Способ сортировки минерального сырья с использованием явления сегрегации Текст . / В. Ф. Суховерский // Совершенствование процессов на открытых горных работах. Фрунзе: ФПИ, 1981.1. C. 1-8.

159. Тангаев И. А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых Текст . / И. А. Тангаев. М.: Недра, 1986. - 23 1с.

160. Ташкинов А. С. Плотность укладки горной массы Текст . / А. С. Ташкинов, А. В. Бирюков // Изв. вузов. Горн, журнал. - 1993. -№ 1,- С. 23 -27.

161. Технология подготовки нефелиновой руды к переработке Текст . / Ю. Н. Ермолин и др.//Горн. журн. 1988. - № 3. - С. 11-14.

162. Технология разработки месторождения на основе сортировки некондиционных и ранее потерянных руд Текст . / М. Н. Жабоев и др. // Горн, журн. 1990.-№9.-С. 23 - 25.

163. Тихонов А. Н. Уравнения математической физики Текст . / А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. -М.: Наука,- 1972. 735 с.

164. Тихонов В. И. Марковские процессы Текст . / В. И. Тихонов, М. А. Миронов. М.: Советское радио, 1977. - 488 с.

165. Тихонов В. И. О вычислении коэффициентов сноса и диффузии для марковских процессов Текст . / В. И. Тихонов // Радиотехника п электроника. -1970,- T.XV. -№7. С. 1440- 1445.

166. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника Текст . / В. И. Тихонов. -М.: Советское радио, 1966. -678 с.

167. Тихонов О. Н. Введение в динамику массопереноса процессов обогатительной технологии Текст . / О. Н. Тихонов. Л.: Недра, 1973. - 240 с.

168. Тихонов О. Н. Расчет гранулометрических характеристик продуктов дробления в открытом цикле Текст . / О. Н. Тихонов // Изв. вузов. Горн, журн,- 1978,-№5.-С. 138 143.

169. Томаков П. И. Технология механизации и организация открытых горных работ Текст . / П. И. Томаков, И. К. Наумов. М.: Недра, 1986. - 312 с.

170. Трофимов А. А. Основы маркшейдерского дела и геометризации недр Текст . / А. А. Трофимов. М.: Недра, 1985. - 336 с.

171. Турчанинов И. А. Основы механики горных пород Текст . / И. А. Турчанинов, М. А. Иофис , Э. В. Каспарьян . 2-е изд. перераб. и доп.-Л.: Недра, 1989.-487 с.

172. Тыряткин Н. Н. Кинетика формирования структуры фракционного состава продуктов в процессе разделения Текст . / Н. Н. Тыряткин // Совершенствование техники и технологии обогащения углей. М.: Недра, 1984.-С. 69-74.

173. Ушаков И. Н. Горная геометрия Текст . / И. Н. Ушаков. М.: Недра, 1979.-440 с.

174. Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов Текст . / Г. Л. Фисенко. М.: Недра, 1965. - 378 с.

175. Флейшман С. М. Сели Текст . / С. М. Флейшман. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1978.-312 с.

176. Флорин В. А. Теория уплотнения земляных масс Текст . / В. А. Флорин. М.: Стройиздат, 1948. - 284 с.

177. Хир К. Статистическая механика, кинетическая теория и стохастические процессы Текст./К. Хир. -М.: Мир, 1976.-600 с.

178. Четвериков Л. И. Типовое строение залежей полезных • ископаемых Текст . / Л. И. Четвериков // Геометризация месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1977. - С. 25-36.0

179. Шохин В. Н. Гравитационные методы обогащения Текст . / В. Н. Шохин, А. Г. Лопатин. М.: Недра, 1980. - 400 с.

180. Явление сегрегации при заполнении угольной башни частично брикетированной шихтой Текст . / И. 3. Шатоха и др. // Кокс и химия. 1989. -№ 1.-С. 5 -7.

181. Яковлев В. Л. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров Текст . / В. Л. Яковлев. Новосибирск: Наука СО, 1989. - 280 с.

182. Яроцкий В. А. Гидравлические характеристики фильтрационного потока в каменной наброске Текст . / В. А. Яроцкий // Труды / ВОДГЕО. Вып. 21,-М., 1968.-С. 49- 54.

Информация о работе

Лаптев, Юрий Викторович
доктора технических наук
Екатеринбург, 2007
ВАК 25.00.16

Диссертация

Геометризация процесса сегрегации скальных пород по крупности при формировании отвалов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы