Научное и технологическое обоснование системы управления качеством руд при подземной добыче

Кожиев, Хамби Хадзимурзович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Научное и технологическое обоснование системы управления качеством руд при подземной добыче
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Научное и технологическое обоснование системы управления качеством руд при подземной добыче"

На правах рукописи , УДК622.343.48; 622.725

Кожиев Хамби Хадзимурзович

Научное и технологическое обоснование системы управления качеством руд при подземной добыче

Специальность: 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском государственном горном университете и ОАО «ГМК «Норильский никель»

Научный консультант - Заслуженный деятель науки и техники РФ

доктор технических наук, профессор Ломоносов Геральд Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Малкин Анатолий Степанович;

доктор технических наук, профессор Айнбиндер Игорь Изранлевич;

доктор технических наук, профессор Кузин Виктор Фёдорович

Ведущая организация: ФГУП «ГИПРОЦВЕТМЕТ»

Защита состоится 2006 г. в час. на заседании

диссертационного совета Д.212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат диссертации разослан

2006 г.

Учёный секретарь диссертационного сошл. доктор технических наук

Мельник В.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В современном мире проблема качества продукции горнодобывающих предприятий приобретает всё большую остроту. В значительной мере эта проблема проявляется в металлургии и особенно в тех её подотраслях, где производятся наиболее востребованные металлы.

Цветная металлургия представляет собой комплекс трёх основных производств — горнодобывающего, обогатительного и металлургического. Горнодобывающее производство, находясь в начале цепи этих производств, в значительной мере предопределяет эффективность функционирования всего горно-металлургического комплекса. Обычно в себестоимости металла суммарные затраты на добычу и обогащение составляют от 50 до 80%. При этом на долю горных работ в зависимости от качества руды приходится от 35 до 60% прямых затрат.

Понижение качества руды требует пропорционального увеличения объёмов её добычи. Одновременно с этим происходит ухудшение показателей обогащения — снижение извлечения металлов из руды, выхода и качества концентратов, увеличение отходов переработки, а также усиление негативных воздействий на природную среду. В результате существенно возрастают затраты в сфере горных работ и обогащения, увеличивая себестоимость концентратов. В свою . очередь ухудшение показателей обогащения отрицательно отражается на показателях металлургического передела и соответственно общих экономических результатов получения конечной продукции.

Первопричиной снижения качества добытых руд, как правило, является обеднение ресурсов недр, происходящее вследствие выработки более богатых запасов. Вместе- с тем процесс постепенного ухудшения балансовых запасов полезных ископаемых является закономерным, что требует адекватной на него реакции технологий всех основных производств и в первую очередь горнодобывающего.

В прошлом повышение качества добычи в рудниках . нередко обеспечивалось путём селективной отбойки и доставки руды, а также за счёт выполнения призабойной рудо- или породоотборки. При ручной и маломеханизированной добыче эти операции обеспечивали повышение содержания полезных компонентов в товарной рудной массе (сокращая потери богатой части запасов и разубоживания руды), а также снижение трудоёмкости работ. Но в индустриальном производстве такие технологии стали малоэффективными, поскольку с их применением происходит существенное снижение потенциала рабочего ресурса и мощности весьма дорогостоящего горнотранспортного оборудования. Применение селективной выемки в современных условиях приводит к сбоям ритма работы горнодобывающего производства' и к замедлению темпов горных

работ. Поэтому на будущее нужны иные технологические решения, которые должны соответствовать прогрессивным тенденциям развития мирового горнодобывающего производства, закономерным изменениям горнотехнической и горно-геологической обстановки в рудниках, а также принципиально изменившимся социально-хозяйственным условиям, произошедшим в стране.

К настоящему времени известно немало различных технических, технологических и организационных решений, с помощью которых возможно добиться улучшения тех или иных показателей качества добытых руд. Вместе с тем очевидно, что не может быть достаточно полного решения сложной и многогранной проблемы обеспечения требуемого качества минерального сырья за счёт отдельных рационализации. Проблема эта в целом - гораздо более сложная и многогранная, требующая к себе системного подхода с учётом реального изменения основных природных, технических, горнотехнологических и организационных факторов. При принятии решений по этой проблеме необходимо исходить из интегральной экономической оценки результатов модернизации рудников, обеспечивая не только улучшение конечных результатов, но и интересы всех смежных производств.

В диссертации данная проблема рассматривается на примере ОАО «ГМК «Норильский никель» - крупнейшей российской компании, на долю которой приходится более 20% мирового производства никеля, более 10% кобальта, более 3% меди, значительная часть платины, палладия, селена, теллура, а также золота и других ценных продуктов. Структура запасов месторождений, разрабатываемых компанией, такова, что основной объём металлов (82%) изначально находился в относительно бедных вкрапленных рудах, доля которых в рудо-сырьевом балансе по мере выемки богатых запасов, заметно растёт. В условиях довольно интенсивного обеднения активных запасов руд обеспечить требуемый уровень качества рудного сырья становится всё более сложно. И хотя на ближайшие годы компания обладает ещё достаточно богатыми запасами недр, необходимыми для дальнейшего эффективного функционирования, тем не менее имеется объективная потребность разработки перспективных решений для работы рудников в условиях дальнейшего ухудшения рудных запасов. Поскольку проблема является всеобщей, то принципы её системного решения на примере одного из крупнейших в мире горно-металлургических производств могут стать хорошей основой для их реализации и в условиях других предприятий.

Цель работы — развитие теории и разработка системы технологических решений по управлению качеством руд при подземной добыче,. обеспечивающих эффективное функционирование горнометаллургического производства в условиях интенсивно ухудшающейся минерально-сырьевой базы.

руд, в современных усдовиях во многом устарели. С развитием технического прогресса подземные рудники получают реальные возможности для более эффективного формирования качества добытых руд. Наиболее результативно они могут быть реализованы в рамках общей системы управления качеством продукции предприятия.

В связи с поставленной целью, в работе решался комплекс задач теоретического и горнотехнологического плана, основные из которых следующие:

1. Установление значимости фактора качества добытых руд для перерабатывающих производств.

2. Количественная оценка тенденции ухудшения минерально-сырьевой базы на примере крупнейшей горно-металлургической компании.

3. Обобщение исследований и практики формирования качества руд при их подземной добыче.

4. Развитие теории управления качеством руд -в подземном горнодобывающем производстве.

5. Разработка концептуальных положений по системному решению проблемы качества руд при подземной добыче.

6. Разработка методологии графо-апалитического моделирования и обоснования параметров внутрирудничной системы управления качеством РУД-

7. Исследование реальных возможностей, применительно к норильским рудникам, технологий добычи, обеспечивающих существенное повышение качества руд.

8. Разработка системы технологических решений по управлению качеством руд при подземной добыче.

9. Укрупнённая оценка эффективности рудничной системы управления качеством руд.

Методы исследования:

- анализ состояния и тенденций изменения рудо-сырьевой базы металлургии;

- обобщение теории и практики управления качеством полезных ископаемых при их добыче;

- методы теории вероятностей и математической статистики; .

- аналитические исследования;

- графо-аналитическое моделирование процессов формирования качества руд;

- натурные наблюдения, эксперименты и производственная апробация полученных результатов. -

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

одновременном повышении отходов обогащения на 12,86% с соответствующим понижением показателей переработки по остальным полезным компонентам, а также ростом финансовых затрат на переработку руды.

2. Темпы извлечения богатых запасов руд горнодобывающими предприятиями существенно опережают их восполнение. На примере норильских рудников установлено, что современный темп обеднения богатых запасов недр достигает 10% в год при исходной их доле в общих балансовых ресурсах менее 9%. В результате объективно уменьшаются возможности для дальнейшего поддержания высокого уровня качества добычи за счёт выборочной эксплуатации месторождений, что требует интенсификации развития перспективных методов управления качеством руд при их добыче.

3. Для надёжного решения проблемы качества рудного сырья в условиях закономерного и неуклонного ухудшения минерально-сырьевой базы необходимы системные решения в рамках всего комплекса горнометаллургических производств с интегральной оценкой их результатов. Наименее разработанным звеном в этом комплексе, требующим первоочередной модернизации, является система получения оперативной информации о качестве руд, которая фактически должна создаваться заново в соответствии с новыми задачам рудников в части обеспечения качества своей продукции.

4. Повышение содержания полезных компонентов в добытой руде -может эффективно решаться в рудниках за счёт предлагаемых технологий с внутрирудничной предконцентрацией, основанных на применении адаптированных к условиям горнодобывающего производства рентгенорадиометрических средств сепарации, что способно реально обеспечить удвоение содержания металлов в добытой руде с одновременным снижением в ней до 50% и более некондиционной рудной массы, тем самым существенно сокращая непроизводительную долю её добычи.

5. В технологической схеме подземных рудников наряду с повышением концентрации металлов в добытой руде значительно результативнее может решаться и проблема стабилизации её химического и минерального состава. Имеются объективные возможности для снижения в процессе добычных работ в первую очередь низкочастотных колебаний содержания металлов в руде с одновременным повышением коэффициента усреднения состава рудной массы в 2...3 раза по сравнению с достигаемыми результатами, для чего необходимо формирование общерудничных систем усреднения, базирующихся на предлагаемой в диссертации технической, технологической и организационной модернизации горнодобывающего производства.

качества руд; методики моделирования внутрирудничной сепарации руд и обоснования основных параметров усреднительной системы; классификацию рудничных технологических схем предконцентрации рудной массы и их типовые конструкции; а также методологию оценки качественных результатов горных работ, - составляют в комплексе целостную методологическую и инженерную базу для создания и совершенствования внутрирудничных. систем управления качеством продукции горных предприятий.

В диссертации предложена концепция перспективного решения рудо-сырьевой проблемы применительно к ОАО «ГМК «Норильский никель», компании, имеющей ещё достаточно большие природные запасы ценных руд, но темп ухудшения качества которых угрожающе возрастает.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены.

- надёжностью и представительностью исходных данных, высокой степенью корреляции полученных зависимостей (корреляционное отношение 11=0,6... 0,9);

- удовлетворительной сходимостью результатов моделирования с данными производственных исследований и натурных наблюдений (Ю..15%).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые на основе изучения производственных данных получены реальные закономерности влияния качества медно-никелевого рудного сырья на показатели обогащения, позволяющие наиболее объективно оценить последствия от ухудшения ресурсной базы горно-металлургического комплекса и значимость мероприятий по управлению качеством руд при их добыче.

2. На примере норильских медно-никелевых рудников выполнен анализ темпов ухудшения минерально-сырьевой базы горнорудного производства и доказана необходимость поиска эффективного решения проблемы качества рудного сырья путём модернизации горнодобывающих технологий и при системном подходе к данной проблеме.

3. Предложена наиболее полная классификация способов управления качеством руд в подземном горнодобывающем производстве, в которую включены как традиционные, так а предлагаемые диссертантом технологии формирования продукции рудников.

4. Разработана общая структура рудничной системы управления качеством руд, включающей в себя блоки — текущей и оперативной информации о качестве руды в узловых точках технологической схемы; обоснования технологических и организационных решений с методологическим обеспечением и расчётной базой; комплексов технических средств и горных выработок, технологических способов и организационных приёмов по управляемому формированию качества продукции рудника; контроля качества, а также обоснован состав этой системы.

5. Сформулированы основные технологические -принципы рационального применения предконцентрации и усреднения рудной массы в подземном пространстве, а также выполнена взаимная увязка этих процессов в общей технологической схеме рудника.

6. Разработана классификация рудничных технологических схем добычных работ с предконцентрацией рудной массы, состоящих из типовых элементов, что создаёт благоприятные возможности для формирования таких схем в конкретных условиях. Предложен ряд технологических схем добычных работ, обеспечивающих существенное повышение содержания, металлов в бедных рудах.

7. Разработана методика графо-аналитического моделирования предконцентрации, позволяющая на основе предложенных количественно-качественных зависимостей наглядно прогнозировать результаты процесса и достаточно полно обосновывать элементы технологической схемы.

8. Предложена концепция перспективной и поэтапной модернизации технологии добычи норильских медно-никелевых руд по мере снижения качества их природных запасов.

Научное значение работы заключается в разработке и совершенствовании методологической базы комплексного обоснования систем управления качеством руд при их подземной добыче.

Практическое значение диссертации состоит в разработке инженерных основ создания и модернизации рудничных систем управления качеством руд, в формировании новых технологических схем горнодобычных работ, а также в разработке конкретных технологических и организационных решений, обеспечивающих улучшение продукции рудников.

Основные научные результаты, характеризующие личный вклад автора диссертации:

1. Разработаны концепция и структура, а также обоснованы составные элементы рудничной системы управления качеством руд для условий закономерного ухудшения минерально-сырьевых ресурсов горнодобывающих производств, включающие информационную, техническую, технологическую и организационную составляющие с соответствующей методологической базой.

2. Выполнена на основе обобщения опыта горных предприятий, научных исследований и собственных разработок диссертанта классификация способов управления качеством руд при их подземной добыче,

3. Установлены для медно-никелевых руд количественные закономерности влияния их качества на показатели обогащения: содержание металлов в концентратах, извлечение металлов в концентраты, выходы концентратов и отходов обогащения.

4. Систематизированы известные технологии предконцентрации и сформулированы принципиальные положения по применению предконцентрации в рудниках, .а также разработан ряд новых

технологических схем предконцентрации рудной массы, максимально адаптированных к подземному горнодобывающему производству.

5. Создана методология обоснования и прогнозирования результатов предконцентрации рудной массы на основе графо-аналитического моделирования процесса.

6. Разработаны основные технологические положения модернизации усреднительного комплекса, функционирующего в рамках общерудничной системы управления качеством руд совместно с предконцентрацией рудной массы.

7. Показано, что подземное горнодобывающее производство имеет значительные и пока . во многом недоиспользуемые резервы для существенного повышения качества своей продукции, максимальное практическое использование которых возможно при системном решении проблемы.

Реализация результатов работы. Научные результаты и практические рекомендации диссертации используются при реализации программ текущего и перспективного развития рудников рудоуправления «Талнахское». Они применяются при планировании горных работ в рудниках «Комсомольский», «Маяк» и «Скалистый». При совершенствовании информациоцной системы качества руд, проводимом в этих рудниках, использованы основные положения диссертационной работы.

Институту «Норильскпроект» переданы материалы диссертации, в том числе, в части реконструкции дробильного комплекса рудника "Комсомольский" с переводом его в дробильно-усреднительный в . соответствии с разработанной автором концепцией.

Норильской горно-металлургической компанией приняты к реализации предложения по технологии совместной отработки трёх основных типов руд, что обеспечивает повышение интенсивности выемки запасов без ухудшения показателей переработки руд. В этой связи разработаны и приняты к внедрению мероприятия, позволяющие повысить стабильность состава рудной массы.

Результаты исследований используются в учебном процессе Норильского индустриального института, где автор работает (по совместительству) в должности доцента кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, и в Московском государственном горном университете при подготовке горных инженеров по специальности 090200 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на конференциях и семинарах, в том числе в рамках «Недели горняка» в Московском госуд. горном университете, а также на кафедре технологии подземной добычи руд МГГУ в 2004...2006 гг.; в Норильском горно-металлургическом комбинате (в настоящее время ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель») в 1987...2006 гг.; в Норильском индустриальном институте в 1987...2006 гг. Законченная диссертация обсуждалась и была одобрена на техническом совещании Горно-геологического управления ОАО

«ГМК «Норильский никель». В процессе выполнения исследований, а также по результатам законченной работы диссертация заслушивалась на заседании кафедры РМПИ Норильского индустриального института.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 19 научных трудах, включающих 2 монографии, 1 брошюру, 13 научных статей и 3 авторских свидетельства на изобретения. В научно-технических журналах и бюллетенях, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 9 научных статей. При этом наиболее полно результаты исследований автора по теме диссертации изложены в монографии «Рудничные системы управления качеством минерального сырья».

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, , шести глав, заключения и шести приложений, включает 28 таблиц, 64 рисунка и список литературы из 80 наименований.

Автор выражает благодарность коллективам кафедры ТПР МГГУ и кафедры РМПИ НИИ за методическую помощь, оказанную ими автору при работе над диссертацией.

Основное содержание работы

Анализ состояния проблемы качества рудного сырья, обобщение данных производства и исследований.

Качество продукции наряду с её себестоимостью является одним из важнейших показателей современного производства. От уровня качества во многом зависят конкурентоспособность предприятий, их финансовое благополучие и перспективы. Значительное влияние на результаты деятельности горно-металлургического производства оказывает качество рудо-минерального сырья. По мере выработки богатых запасов недр обеспечение металлургического передела рудами необходимого качества становится всё более сложной и дорогостоящей проблемой, что объективно вызывает необходимость разработки эффективных мер в сфере горнодобывающего производства.

Решению разных аспектов проблемы минеральных ресурсов недр и повышения качества продукции горнодобывающих производств занимались многие учёные и специалисты. Наибольший вклад в её решение внесли академики М.И. Агошков, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, В.А. Чантурия; члены-корреспонденты РАН Д.Р. Каплунов, JI.A. Пучков, В.И. Ревнивцев; доктора и кандидаты наук В.Ф. Абрамов, Е.И. Азбель, O.A. Архипов, П.П. Бастан, Э.И. Богуславский, С.Д. Борисенко, А.Ю. Большаков, В.А. Букринский, В.Ф. Вызов, Ф.Г. Грачёв, В.М, Гудков, В.В. Ершов, В.Н. Зарайский, A.A. Зейнуллин, В.В. Зверев, A.A. Кавтаськин, В.И. Кармазин, Е.П. Леман, В.А. Лилеев, Г.Г. Ломоносов, И.А. Манилов, В.А. Мейер, В.А. Мокроусов, Л.И. Пухальский, Т.Г. Рыбакова, Л.П. Старчик, А.П. Татарников, Ю.О. Фёдоров, В.А. Шестаков. В тексте диссертации и в списке литературы

отмечены также другие исследователи, в том числе: учёные, конструкторы и инженеры-производственники, имеющие определённые заслуги в решении важных аспектов рассматриваемой проблемы.

В диссертации выполнен анализ состояния качества минерально-сырьевой базы и динамики изменения количественно-качественных показателей на примере ряда рудников Заполярного филиала ОАО «ГМК» Норильский никель». Рудники «Заполярный» (на месторождении «Норильск-1»), «Маяк» и «Комсомольский» (на Талнахско-Октябрьском месторождении), введённые в эксплуатацию соответственно в 1938, 1964 и 1971 годах, являются пионерами подземной добычи норильских медно-никелевых руд. На основе опыта их эксплуатации вырабатывались основные технологические решения, заложенные в позже построенные рудники -«Октябрьский», «Таймырский» и «Скалистый».

Рудники «Маяк» и «Комсомольский» первыми столкнулись с проблемой ухудшения своих очень богатых в начале эксплуатации запасов руд. Накопленный за время их функционирования опыт с учётом многолетней практики разработки вкрапленных руд рудником «Заполярный» позволяет достаточно репрезентативно изучать на примере этих рудников глобальную проблему качества добытой руды - её динамику и возможные пути решения.

За последнее десятилетие товарная ценность добытой руды по рудоуправлению .. «Талнахское», в состав которого входят рудники «Комсомольский», «Маяк» и «Скалистый», неуклонно снижалась. Средний темп ухудшения качества продукции рудника составил практически 3% в год (рис. 1). Для компенсации этой негативной тенденции происходило наращивание объёмов добычи руды более чем на 10% ежегодно. В абсолютных цифрах годовой объём добычи руды за это десятилетие составил свыше 0.5 млн. тонн. Одной из главных причин повышения темпа наращивания объёмов добычи является обеднение рудных ресурсов в недрах из-за выработки наиболее богатых руд. При этом происходит снижение наиболее ценной части запасов примерно на 10% к запасам предыдущих лет. Ввод в эксплуатацию в 2003 г. рудника «Скалистый», разрабатывающего в очень сложных геомеханических условиях участки богатых руд, тем ке менее не может кардинально изменить имеющуюся тенденцию. Дело в ток, что основные объёмы добычи по рудоуправлению обеспечиваются рудником «Комсомольский», структура запасов которого с начала эксплуатации существенно ухудшилась. Так, относительное количество богатых руд с начала полномасштабных работ к 2005 г. снизилось более чем в 12 раз, а медистых на 13% с одновременным увеличением доли относительно бедных вкрапленных руд на 12%. При этом в нынешних общих запасах, снизившихся с 1975 по 2004 г. до 88,26%, доля богатых руд составляет лишь 0,68%. Соответственно доля медистых руд — 13,93 и вкрапленных - 85,39%. В целом же по рудоуправлению «Талнахское» запасы богатых руд пока составляют 5,3%, медистые - 10,1% и бедные вкрапленные руды — 84,6%.

Рис. 1. Динамика изменения объёмов добычи и товарной ценности руды, е % к 1996 году

1-товарная ценность 1 т руды, руб; 1742% 175,3% у'

г - общая ценность « объём» добычи руды, млрд.руб; ------т"'

3 - объемы добычи „._„ •■"*" ! !

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

годы

Наблюдается отрицательная динамика и в части качества запасов платиноидов, которые коррелируют с показателями по никелю и меди.

Из сказанного следует, что уже на ближайшую перспективу основными источниками металлов по Талнахскому рудоуправлению должны стать медистые и вкрапленные руды, для чего (в соответствии с существующей практикой горнодобывающего производства) необходимо дальнейшее наращивание объёмов их добычи и обогащения и соответственно - более эффективное управление качеством добычи.

В целях объективной оценки влияния качества рудного сырья на показатели переработки в диссертации выполнен корреляционный анализ воздействия содержания в руде основных металлов (никеля и меди) на качество концентратов, на извлечение металлов в концентраты, а также на выход концентратов и хвостов обогащения (рис. 2). Согласно этим зависимостям при уменьшении массовой доли никеля в руде с 4,5 до 1% в среднем снижается:

- качество одноимённого концентрата с 13 до 8,2%, т.е. более чем в полтора раза;

- извлечение никеля в концентрат с 77,5 до 57%;

- выход никелевого концентрата с 27%до 7%.

При этом выход хвостов обогащения повышается с 30 до 75%.

На основании полученных зависимостей возможно наиболее реально прогнозировать и экономические последствия изменения качества добытой рудной массы в обогатительном производстве. Соответственно, зная изменение затрат в сфере добычи и обогащения руд, можно достаточно

объективно оценивать воздействие качества рудного сырья на экономические результаты всего горно-металлургического комплекса.

Вт. "Л

-----Г Г 1..... 1 - 0.3531 «•. о.твл» * а.кмг

я* «о. «?1 | / У

я'-о.мег

■ дм ^^ll^^^иш нем Л —

0,30 1,00 1.90 .3.00 3.50 Э.ОО ЗГ.1 4 -п 4,50 5.00

„Г**

а»« м

"Г - Г Т " у • 1Э.«М1М»1« 80,74 ■

7М1 Т -З.В9Э2Х ♦ г».«>1 0.899 а ♦ эе.зв*

У //

/ /

*а

■

1• »3,904 о.авов ыъ

1.53«*' * 14.3721 0.В943 5,в£94

1.50 2.00 3.50 3.00

0.50 1.00 1.» 3.00 1.30 Э.ОО 3.50 4,00 4,в6 5.00

Рис 2„Влияние содержания никеля в исходной руле на Технологические показатели обогащения: а • качество концентрате; Ь- извлечение металла в комиенгрггт; с- выход никелевого концентрата

При этом следует учитывать то обстоятельство, что норильские медно-никелевые руды содержат также палладий, радий, иридий, осмий, рутений, селен, теллур, кобальт, золото, серебро, серу и другие полезные компоненты. Массовые их доли в руде и ценность полезных компонентов различны. Между некоторыми из иих и никелем имеются достаточно устойчивые корреляционные связи, что позволяет использовать в качестве базового объекта управления показатель «содержание никеля в рудном сырье». В этих условиях результаты обогащения по другим полезным компонентам (например, по меди) становятся вторичными, чем и объясняется различие значений корреляционного отношения для никеля и меди, поскольку во всех полученных зависимостях оно значительно выше по никелю, чем по меди, и составляет -=0,6...0,9 против/гСя=0,35...0,8.

Таким образом, с одной стороны, имеется чёткая зависимость результатов перерабатывающего производства от качества рудного сырья, а с другой - происходит закономерное и неуклонное обеднение запасов недр/ главного источника поддержания требуемого уровня концентрации металлов в добытой рудной массе. Учитывая складывающуюся на перспективу обстановку с минеральными ресурсами недр, требующую значительного вовлечения в переработку относительно бедных запасов, становится весьма актуальной проблема повышения эффективности управления качеством' руды при её добыче. Полученные в работе научные результаты и

технологические решения могут быть в определённой мере использованы и на других горно-металлургических предприятиях.

Теоретические исследования и разработка принципиальных положений по модернизации рудничных систем управления качеством руд.

Необходимость повышать качество добычи при ограниченных запасах богатых руд заставляет искать пути снижения разубоживания за счёт уменьшения параметров очистной выемки, изменения системы разработки, а также создания локальных приёмов горных работ. Но очевидно, что сколько-нибудь кардинальное решение сложной и многогранной проблемы обеспечения требуемого качества минерального сырья в горнодобывающем производстве невозможно лишь за счёт отдельных рационализации. Рассматриваемая в диссертации проблема - многогранная, требующая системного решения, при котором необходим совместный учёт изменения основных природных, технических, горнотехнологических, организационных факторов, а также интегральная экономическая оценка главных последствий модернизации производства. В этой связи в диссертации разработаны и предложены принципиальные положения для создания эффективно функционирующей рудничной системы управления качеством руды при её добыче.

Система внутрирудничного управления качеством руд включает в себя четыре главных блока (подсистемы): информационный; обоснования технологических и организационных решений; технических и технологических средств производства и управления; а также блока контроля производственных процессов и качества продукции.

Информационный блок должен обеспечивать управляющие звенья рудника двумя видами сведений, которые необходимы:

• для перспективного и текущего планирования горных работ и

• для оперативного управления производством внутри рабочей смены.

Способ получения информации о характеристиках руды в массиве и в отбитом состоянии, обычно применяемый в рудниках и основанный на взятии проб с последующей их обработкой и химическим анализом, в общем отвечает потребностям календарного и текущего планирования горных работ. Но в отечественных рудниках, как правило, слабо развита система получения оперативной информации о качестве руды в различных пунктах технологической схемы в течение рабочей смены. Традиционным способом, основанным на опробовании и последующем химическом анализе, обычно получают сведения о качестве руды не ранее, чем на следующие сутки после взятия проб, т.е. когда производственная обстановка уже существенно меняется. Поэтому этот способ в принципе не в состоянии обеспечить требуемую быстроту получения информации, что является основной причиной неэффективности попыток оперативного управления качеством руд на многих рудниках в прошлом.

В работе выполнен анализ структуры информационных потоков о качестве руд внутри горнодобывающего производства. Рассмотрена типичная для отечественных рудников структура информационных потоков о качестве руды, включающая источники информации, её пользователей, а также цели и частоту использования данных. На основании её анализа сделано заключение о том, что в практике рудников имеет место значительный дефицит достоверной оперативной информации о фактическом качестве руды в технологической схеме. В результате управляющие звенья при принятии оперативных решений, базируются не на реальных, а на весьма приблизительных данных о количестве и качестве руды в производственных подразделениях рудника, что не способствует принятию решений, адекватных сложившейся обстановке. Для устранения этого несоответствия в диссертации предложена типовая структура рудничной информационной системы о характеристиках руды, в которой в число постоянных пользователей оперативной информации вовлечены, кроме геологической и маркшейдерской службы, горнотехнический и производственный отделы, а также добычные участки и ОТК.

Техническую базу системы оперативной информации о качественных характеристиках руды в отбитом состоянии (в навале, в ковше ПДМ, в транспортных сосудах, в складских штабелях и пр.) должны составлять рентгенорадиометричсские аппараты, в том числе и портативные, использование которых основано на корреляционных связях показаний этих приборов с результатами химического анализа проб руды. При использовании рентгенорадиометрии соответствующие физические параметры снимаются с поверхности кусков руды (т.е. без их измельчения), что делает процесс получения информации о качестве руды максимально оперативным.

В целом блок обоснования технологических и организационных решений формируется из двух самостоятельных звеньев, относящихся соответственно к планированию горных работ и к оперативному управлению.

Первая подсистема представляет собой организационно-технологическую структуру управления качеством руды при долгосрочном и текущем (т. е. годовом и внутригодовом) планировании горных работ. В основном она имеет традиционный вид, но с некоторыми существенными дополнениями. В первую очередь это повышенная персональная ответственность специалистов, входящих в группу планирования, за эффективность функционирования системы в части результатов текущего планирования качества. Эти специалисты не только участвуют в составлении планов, но и осуществляют контроль за фактическим состоянием горнодобычных работ, внося при необходимости предложения по их корректировке.

Вторая подсистема (рис. 3), в отличие от подсистемы долгосрочного планирования и управления, должна создаваться в рудниках практически заново. Эта подсистема функционирует на основе оперативных сведений о состоянии качественно-количественных характеристик руды во всех узловых

Рис. 3. Принципиальная структура оперативной информационно-управляющей системы качества руды

<----- ¡»формат»очмкпшргНы; 3]...-»бон м. блоиц ттт; С]...-<»ж>"РХ>ь'.

- р#*смв«двщя| по гтчхмолмичвсяим и р -руЬкпужк _ - средства тя^слс^п*

ахяшмт»«*« ртяш«-: I- .„рпр1отА(|„ии,чяваж< '"1-руйин« ™»р,»<х:то

/ 1... -

уораигтклпиш комлмды

' 1 транспорт* рубьъ

точках технологической цепи, давая обоснования на оперативные управляющие действия. Как видно из чертежа, вся производственная информация концентрируется у оператора качества. После переработки исходных данных и оперативного выбора возможных альтернативных решений, им выдаются рекомендации для конкретных исполнителей работ.

Выбор организационных решений осуществляется на основании общих методик, адаптируемых применительно к конкретному предприятию, разрабатываемых с использованием методов исследования операций, а также компьютерного моделирования. В диссертации приведены примеры применения таких методик для обоснования управляющих действий.

Наряду с организационными, действенным средством управления качеством полезных ископаемых в рудниках являются технологические способы с применением соответствующих технических средств, изменением системы разработки и её параметров, введением в основные производственные процессы новых операций, с задействованием специальных горных выработок и сооружений. На рис. 4 представлена предложенная в диссертации систематизация способов управления качеством руд при подземной добыче. От известных классификаций она отличается большей дифференциацией классификационных признаков и увеличенным количеством принципов и способов управления. При этом основными принципами управления качеством полезных ископаемых являются

разделительный (сепарационный) и смесительный (усреднительный), осуществляемые в горном массиве или в отбитой рудной массе. Всего выделено 18 способов управляемого формирования качества руды, из которых в качестве главных рассмотрены способы повышения качества добычи путём предконцентрации, а также усреднением состава рудной массы. По мере развития технических средств сепарации, адаптированных к условиям рудников, и создания новых технологий возможно расширение способов управления качеством руды в рамках данной систематизации.

Одним из современных способов повышения качества рудной массы является предконцентрация, которая представляет собой производственный процесс механизированного отделения из исходной минеральной массы части пустых пород или некондиционного ископаемого (выполняемый до обогащения рудной массы). Как результат, в получаемом в руднике продукте повышается содержание полезных компонентов или производится разделение рудной массы на сорта руды.

Наиболее эффективным и перспективным способом предконцентрации является рентгенорадиометрический, основанный на использовании гамма-излучений. С применением рентгенорадиометрической сепарации в условиях рудника вполне реально отделение от отбитой рудной массы до 50% и . более примешавшихся пустых пород и других непродуктивных частей рудной массы. При этом содержание металлов в предконцентрате может быть повышено вдвое. В результате создаётся возможность значительного сокращения выдачи на поверхность рудника

непродуктивной минеральной массы и соответственно сокращения, расходов на транспорт и переработку значительной её части.

В диссертации изучены условия и формы рационального применения рентгенорадиометрической предконцентрации в руднике. Для этого разработана методология численного моделирования процесса предконцентрации руд.

Моделирование процесса предконцентрации рудной массы.

Имитация процесса предконцентрации состава рудной массы базируется на количественно-качественных взаимосвязях между массовыми долями руды (рудной массы), имеющими разный уровень показателя качества.

В диссертации приняты следующие обозначения параметров процесса:

О. - общее количество рудной массы, которую предполагается подвергнуть предконцентрации, т;

а - среднее содержание в ней полезных компонентов (металла), %;

М- количество (масса) металла в руде, т;

п- количество долей (групп) рудной массы с разным уровнем содержания металла, ед.;

массовые доли руды разного качества, т;

УьУ2>—У1"-Уп~ процентный выход соответствующих долей рудной массы, %;

а\,а2,---ССг..ап- средние значения содержания полезных компонентов в долях (группах) рудной массы, %;

Мх,Мг,.М-г.Мп- количество (масса) полезных компонентов (металла) в долях руды, имеющих разное качество, %;

УМ1>УМ2>—УМ>—УМП' выход металла в долях рудной массы разного качества, %.

Между этими показателями существуют следующие основные зависимости:

6 = 10/; (1) 1=1

п п

«=2]«И2//Е0<»% при ог,-=(атах-ат;п)/2; (2) ¿=1 1=1

М = 0.01 ■ а ■ (2 = 0.012:«, • <¿1 = ¿Мг; (3) <=1 ;=1

1=1

=100%;

(5)

Гм = ШМ; /М. :

(6)

Согласно этим, зависимостям готовятся исходные данные для непосредственного моделирования, т.е. для имитирования процесса: предконцентрации. Начинается подготовка исходных данных с измерений и опробования рудной массы, изучаемой на предмет её предконцентрации. По результатам этого изучения всё количество рудной массы следует классифицировать на несколько (я) долей, различающихся по уровню показателя качества. Внутри каждой доли устанавливается среднее содержание полезного компонента а(как разница между максимальным и минимальным, значениями) и производится ранжирование долей по уровню среднего содержания. При этом первая доля состоит из наиболее низкокачественной руды, а последняя (л-я) — из наиболее богатой.

Для моделирования наряду с абсолютным количеством металла в рудной массе (М, А/}) целесообразно использовать также и приведенные значения:

Использование этих показателей позволяет оперировать не только конкретными, но и обобщёнными характеристиками. При использовании приведенных значений массы металла моделирование несколько упрощается. Естественно, что конечные результаты моделирования при использовании в расчётах как абсолютной массы металла, так и приведенного её значения, должны быть идентичными и адекватными натуре.

Между абсолютным и приведенным значениями массы металла имеется следующая взаимосвязь:

мпр = и Мпр1 — СС{ -/¡. (7)

М = 100М; / у¡.

(8)

Все исходные данные моделирования оформляются в виде таблицы или в форме гистограммы распределения показателя качества рудной массы.

Моделирование процесса предконцентрации заключается в установлении множества изменяющихся характеристик рудной массы при последовательном отделении от неё долей с худшими показателями качества. В целом модель представляет собой систему зависимостей, представленных в аналитическом и графическом видах, которые вместе с алгоритмом расчётов, реализуются на компьютере. Всего моделируется (1, 2, ...}...т) этапов отделения от общего объёма рудной массы долей с более низким уровнем показателя качества. При этом номера этапов имитирования процесса предконцентрации совпадают с номерами долей рудной массы, т.е. <=/•

Основными результатами каждого ./-го этапа моделирования являются следующие показатели:

- количество предконцентрата, получаемого на каждом этапе ;

- выход предконцентрата ;

- среднее содержание полезного компонента в предконцентрате сс£к;

- количество (масса) полезного компонента в предконцентрате ;

- выход полезного компонента в концентрат У^пк;

- выход полезного компонента в отходы предконцентрации У^от;

- количество полезного компонента в отходах предконцентрации

Расчёт показателей предконцентрации рудной массы выполняется согласно следующим зависимостям:

«Ч/

(9)

¿=1 1=1

(10)

г-1

И/

(13)

м4=Л/-М4=М + '£мг. =!>/,.; (.14)

1=1 <=1

Г Мот = 100= ; (15)

/=1

«<4=(¿«¿а - - (16)

1=1 »'=/ /=1 г"=/

Исходные данные о рудной массе удобно представить в виде графика, по горизонтали которого отмечаются т отрезков прямой одинаковой длины, отражающих этапы моделирования (от 1 до т), а по вертикальной шкале откладывается выход долей рудной массы у ^ (верхняя часть рис. 5). По существу график имеет форму двухмерной диаграммы, в которую можно дополнительно внести и другие необходимые данные о рудной массе и её долях. По вертикали также отображаются средние содержания полезного компонента в долях рудной массы а,.

Порядок расчётов при моделировании - отдо)=т. При этом этап )-0 соответствует исходным условиям моделирования. Результаты этих расчётов вносятся в таблицу (табл. 1), отражающую поэтапные изменения характеристик предконцентрата и отходов его производства. В них кроме значений показателей, отмеченных выше, введены также:

- коэффициент концентрации рудной массы, Ч7;

- коэффициент прироста качества, 8;

- извлечение полезного компонента в предконцентрат, £пк;

- потери полезного компонента в отходах предконцентрации, О; ,

- относительное содержание полезного компонента в отходах, А.

где 0 = Еа;

1=1

где М = ;

г=1

Ум™ =100-5\УМпкО ¡=1

Таблица, 1

Ла№ этапов Предконцентрат Отходы предконцентрации

7т а„е мт ¥ 8 Г«. «„„ У Мот П д

0 100 а\ ле 100 1 0 1 0 0 0 0 0 0

1 г1 а1 Як- М1 у1 * Мак- 81 V1 1 от а'ош Л/'вл, У'мпт п1 д'

. . ... . . . , . . , , , . »

} а> ПК М'ш У] ' Мпк 8' V* 1 РП М'ош Мот £У ду

. ♦. .. * ,,, . . . ,., .. .

ш 0 0 0 0 0 0 0 100 ая<т Мт от /"мои 1 1

Отметим, что выход металла у^¡пк и извлечение металла в предконцентрат £пк по существу являются аналогичными показателями, отличающимися лишь своей размерностью. Однако в общем использование обоих показателей в моделировании процесса предконцентрации оправдано тем, что рассчитываются эти характеристики по разным формулам и поэтому степень совпадения их величин позволяет обнаружить ошибки в расчётах. То же самое можно отметить и в отношении показателей выхода металла в отходы Умотя потерь металла П. На рис. 5 результаты этих расчётов воспроизводятся в средней и нижней частях графика.

Пример: Рудную массу в количестве 1,9 т предполагается подвергнуть предконцентрации. Из неё взяты пробы, данные о которых сведены в табл. 2.

Таблица 2

Исходные данные для моделирования процесса предконцентрации

№№ п.п. а,% 2, т М, т а-г, %% Ум , %

&1тт а,

1 0,01 0,1 0,055 0,48 25,295 0,00026 1,264 1,42

2 0,11 0,2 0,15 0,24 12,515 0,00036 1,877 2,11

3 0,21 0,3 0,25 0,18 9,385 0,00045 2,346 2,63

4 0,31 0,5 0,42 0,19 9,840 0,00078 4,034 4,53

5 0,51 0,7 0,56 0,11 6,035 0,00061 3,379 3,79

6 0,71 0,9 0,80 0,14 7,270 0,00112 5,816 6,53

7 0,91 1,3 1,11 0,13 7,130 0,00144 7,914 8,88

8 1,31 1,6 1,44 0,10 5,225 0,00144 7,524 8,44

9 1,61 2,0 1,75 0,09 4,725 0,00157 8,268 9.28

10 2,01 7,0 3,71 0,24 12,580 0,00890 46,671 52,39

Итого: 0,89 1,9 100 0,0169 89,096 100

В результате анализа состава этих проб установлено распределение содержания металла по отдельным долям общего количества рудной массы, рассчитана общая масса металла в руде и его выход в каждую долю. Эти

данные более наглядно представлены в виде диаграммы (см. верхшрю часть рис. 5).

4 »

0.25

Рис. 5. Результаты численного моделирования

Далее производится процесс собственно моделирования. Поэтапные результаты расчёта параметров предконцентрации, выполняемые согласно выражениям (9)...(16), отображаются в средней и нижней частях этого графика. В средней его части приводятся поэтапные изменения показателей рудной массы при имитации реального процесса предконцентрации: выход предконцентрата, его качество, количество металла и его выход в предконцентрат. Соответственно в нижней части графика отмечаются характеристики отходов предконцентрации: их процентный выход, содержание и количество в них металла. Все эти показатели отражаются в динамике и в комплексе они характеризуют закономерности изменения технологической эффективности процесса предконцентрации для

конкретных условий. В численном виде результаты моделирования представлены в табл. 3.

В целом по результатам моделирования можно сделать следующие основные выводы:

1. Отделение от общей рудной массы её долей с относительно меньшими содержаниями полезного компонента приводит к существенному сокращению объёма конечного .продукта горнодобывающего производства (предконцентрата, товарной руды) с одновременным ростом его качества. Глубина процесса предконцентрации возрастает с увеличением граничного содержания металла в рудной массе. В рассматриваемом примере уменьшение количества рудной массы составило не менее чем на 25%, а для граничных условий, близким к реальным, - порядка 50%. При этом среднее качество полезного продукта относительно исходного повысилось соответственно на 31% и 76% при извлечении металла в предконцентрат 0,98 и 0,96%.

2. Потери полезного компонента в отходах предконцентрации по мере возрастания граничного содержания металла изменяются по экспоненциальной зависимости обратно пропорционально росту содержания металла в предконцентрате. Для граничных условий, близких к реальным, потери металла в отходах предконцентрации составили порядка 6%.

3. Критерием целесообразной глубины процесса внутрирудничной предконцентрации, очевидно, должен быть показатель граничного содержания полезных компонентов в конечной продукции рудника, определяемый как интегральная технолого-экономическая характеристика, устанавливаемая для всей цепи горно-металлургического производства, включающего добычу и обогащение руды, а также металлургический передел.

Сравнение результатов моделирования с производственно-экспериментальными данными предконцентрации норильских медно-никелевых руд.

В диссертации в качестве исходных данных для обоснования содержания системы управления качеством руд использованы некоторые результаты производственно-экспериментальных работ по рентгенорадиометрической сепарации руд норильских рудников, проведённых при Норильской обогатительной фабрике коллективом исследователей красноярской фирмы «РАДОС» (под руководством к.т.н. Ю.О.Фёдорова). В течение 2004...2005 годов такие исследования проводились совместно с подразделениями ОАО «ГМК» Норильский никель». В процессе этих работ с помощью покускового рентгенорадиометрического сепаратора СРФ-4-150, разработанного ООО «РАДОС», в промышленных условиях было сепарировано несколько сотен тонн рудной массы, поступавшей непосредственно с рудников «Заполярный» и «Комсомольский». В ходе этих работ, выполнявшихся по разным технологическим схемам (в том числе с предварительной отмывкой рудной

Таблица 3

Результаты моделирования процесса предконцентрации состава рудной массы

№№> этапов Предконцентрат Отходы предконцентрации

г «к аж% м Гш* % ¥ 5 ** У«* аш % д МХ7 У Мот % п

о~ • 100 0.89 0.0169 100 1 0 1 0 0 0 0 0 0

1 74.70 1.17 0.0166 98.46 1.31 . 0.31 0.98 25.3 0.055 0.062 0.00026 1.54 0.062

2 62.19 1.38 0.0162 96.33 1.55 0.55 0.96 37.8 0.086 0.097 0.00062 3.67 0.097

3 52.80 1.57 0.0158 93.67 1.76 0.76 0.93 47.2 0.118 0.133 0.00107 6.33 0.133

4 42.96 1.85 0.0150 89.06 2.08 1.08 0.89 57.0 0.170 0.191 0.00185 10.94 0.191

5 36.93 2.06 0.0144 85.45 2.31 1.31 0.85 63.0 0.205 0.235 0.00246 14.55 0.235

6 29.66 2.37 0.0132 78.82 2.66 1.66 0.78 70,3 0.266 0.299 0.00358 21.18 0.299

7 22.53 2.77 0.0117 70.30 3.11 2.11 0.70 77.4 ' 0.337 0.379 0.00502 29.70 0.379

8 17.30 3.04 0.0103 61.78 3.42 2.42 0.61 82:6 0.405 0.455 0.00646 38.22 0.455

9 12.58 3.71 0.0087 52.49 4.17 3.17 0.52 87.4 0.480 0.539 0.00803 47.51 0.539

10 0 0 0 0 оо 0 0 100 0.890 1 0.0169 100 1

массы и без неё), были установлены промежуточные и результирующие параметры предконцентрации, некоторые из них приведены в диссертации.

Из анализа этих данных установлено, что содержание металлов в бедных вкрапленных рудах рудника «Заполярный» повышается, по сравнению с исходной рудной массой, в 1,3... 1,9 раза, а для медистых руд рудника «Комсомольский» - в 1,25... 1,67 раза.

Эти данные хорошо коррелируются с результатами численного моделирования, отличаясь по разным опытам в среднем на 10...15%, что с учётом точности измерений можно считать вполне удовлетворительным результатом.

Классификация и разработка технологических схем горнодобычных работ с предконцентрациейрудной массы.

В диссертации разработана классификация технологических схем добычи с предконцентрацией рудной массы (табл. 4), которая выполнена по шести признакам:

- размеру порций рудной массы;

- месту дислокации пункта предконцентрации;

- кусковатости рабочего материала;

- составу подготовительных операций;

- способу утилизации отходов.

Тем самым в данной классификации, в отличие от ранее предлагавшихся, учтено наибольшее число значимых признаков. Составные элементы технологии имеют своё обозначение, что позволяет для каждой технологической схемы, сформированной из этих элементов, иметь свой отличительный индекс. Например, аббревиатура «П2-М1-К1-02-Р1-УЗ» . означает среднепорционную призабойную технологию с применением ПДМ, когда отходы предконцентрации временно складируются в выработанном пространстве.

На технологическую схему предконцентрации в руднике безусловно оказывает большое влияние технология горных работ и в первую очередь способ вскрытия и система разработки. Это влияние можно проследить на рис. 6, где приведена принципиальная технологическая схема с призабойной и участковой предконцентрацией рудной массы. Из чертежа видно, что такая технологическая схема функциональна при системах разработки с открытым очистным пространством, с магазинированием или с камерной выемкой, поскольку необходимо наличие рабочего пространства для размещения дополнительного оборудования. Кроме того, вскрытие должно обеспечивать обратные (в сторону выработанного пространства) потоки некондиционной массы. На будущее должна быть сохранена возможность извлечения из недр этих отходов предконцентрации, а поэтому они не должны попадать в зоны обрушения.

В соответствии с этой классификацией в диссертации разработаны типовые технологические схемы внутрирудничной предконцентрации трёх классов: крупно-, средне- и мелкопорционные (рис. 7), а также покусковые.

Таблица 4

Классификация рудничных технологических схем предкоицентрации рудной массы_

№ пп Классификационные признаки Характеристики и индексы технологических схем

1 Размер порций и кусков рудной массы (Л) Крупнопорционная, Среднепорционная, Мелкопорционная, Покусковая; (2>5...20т (П1) <3=0,1...5 т (ГО) 0=50... 100кг (ПЗ) Ь=-300+40мм (П4)

2 Места размещения узлов предкоицентрации (М) Призабой- Участко- Погоризонт- Околостволь- Приповерх-ная (М1) вая (М2) ная (МЗ) ная (М4) ноетная (М5)

3 Кусковатость рудной массы (К) Крупнокусковая Среднекусковая Мелкокусковая сО>ЗООмм(К1) при 300>0>150мм(К2) с0<150мм (КЗ)

4 Тип оборудования (О) ПДМ, тр.средства, ПДМ, тр.средства, Сепараторы Сепараторы аппар. оперативн. аппар. оперативн. порцион., грохоты, покусков., грохоты, контроля (01) контроля (02) питатели (03) дробилки (04)

5 Состав рудоподготовительных операций (Р) Без подготовки С разделением на классы С разделением на классы рудной массы крупности, без отмывки ■ крупности и с отмывкой (Р1) рудной массы (Р2) (РЗ)

6 Способ утилизации отходов (У) В выработанном В отработанных В выработанном На поверхности шахты простр. в качестве камерах с создан, пространстве ив в складах некондиционной закладочного магазинов (склады камерах для подз. руды, в т.ч. для кучного, материала (У1) врем, хран.) (У2) вьпцелачив. (УЗ) выщелачивание (У4)

Рис. 6. Принципиальная технологическая схема с призабойным и >частковым разделением рудной массы и утилизацией отходов в тработанных камерах.

1 - очистной блок; 2 - отработанная камера; 3 - разделительная камера; 4 - поток предконцвнтрации; 5- отходы предконцентрвции

К первому классу относятся технологические схемы, представленные на рис. 8. Для них характерны наиболее простые технологические решения, в которых используется штатное доставочное оборудование вместе с рентгенорадиометрическими средствами оперативного контроля качеств полезных ископаемых, в том числе переносными и монтируемыми

полустационарно.

Более глубокого разделения богатой и некондиционной частей рудной массы в руднике можно достичь при мелкопорционной предконцентрации, когда масса отделяемых долей составляет 50... 100 кг. Однако для исполнения такой технологии необходимо создание специальных технических средств - мелкопорционных сепараторов, адаптированных к условиям рудника. Конструкция мелкопорционного сепаратора была разработана в конце 80-х - начале 90-х годов в МГТУ, но проект не был доведён до промышленного образца. В принципе такое устройство может быть стационарным и передвижным. Его можно располагать в призабойном пространстве или в капитальных горных выработках. В диссертации предлагаются перспективные варианты мелкопорционной

Рис. 7. Технический состав и порядок выполнения операций при способах предконцентрации: а - крупно-и среднепорционном; Ь- мелкопорционном.

С »

Рис. 8. Средне - (а,Ь,с) и крупнопорционные (<3,е) технологические схемы разделения рудной массы:

а - с поковшовьш разделением и доставкой богатой и некондиционной рудной массы:

Ь - с поковшовьш разделением рудной массы и автомобильной доставкой некондиционной её части;

с - с поковшовойым разделением и автомобильной доставкой компонентов рудной массы;

с) - с помашинным разделением и доставкой рудной массы; е - с повагонным разделением рудной массы. 1- рудная масса в навале; 2 - ковш ПДМ; 3 - рентгенорэдиог/етрический аппарат; 4 - поток предконцантрата; 5 - потолк некондиционной массы: 6 - кузов автосамосвала; 7 - кузов вагона: В - пункты разгрузка вагонов в бункеры окопоствопьного двора.

предконцентрации: призабойная, участковая (поэтажная), а также при околоствольном дворе.

Относительно более сложными являются технологические схемы с покусковой предконцентрацией, которые потенциально способны обеспечивать более глубокую селекцию состава рудной массы. Но при этом возникает необходимость механического дробления и даже может потребоваться отмывка рудной массы. Естественно, что такие технологии могут создаваться в стационарных и полустационарных условиях в околоствольном дворе, при дробильно-сортировочных узлах, около капитальных или участковых рудоспусков, либо на поверхности у устья шахтного ствола. На рис. 9 приведен вариант технологической схемы покусковой сепарации в околоствольном дворе.

На основании этой части исследований в работе сформулированы следующие принципиальные положения, которыми следует руководствоваться при создании технологий добычи с предконцентрацией рудной массы:

■.■.'^■■"д'Зч^пг^ '■ -'т.

Рис. 9. Покусковая сепарация рудной массы а околоствольном дворе 1 - опрокидыватель; 2 • вагон; 3 - бункер рудной массы; 4 • питатель; б - дробилка: В - виброгрохот с бункером; 7 - бункер предконцентрата; в - бункер отходов предконцентрации; 9 - скип. ■

1. Учитывая, что с каждым последующим производственным процессом добычи происходит снижение контрастности характеристик составных компонентов рудной массы, пункты концентрации руды следует располагать как можно ближе к очистным забоям, блокам, панелям.

2. Порции (дозы), в объёмах которых производится разделение рудной массы, должны быть минимально возможными для конкретных условий.

3. В свою очередь в производственных процессах добычных работ должны быть по возможности полно учтены требования предконцентрации. При этом следует избегать не только превышения крупности кусков рудной массы свыше кондиционного, но и её переизмельчения.

4. Предельное содержание полезных компонентов в отходах предконцентрата должно быть в основном менее бортового, но выше порогового содержания для обогащения.

5. Как правило, следует стремиться к одностадийному процессу разделения, устанавливая минимальный объём подготовительных операций (механическое дробление, грохочение, отмывка) и исключая химизацию этого процесса в подземном пространстве. Химические и биологические

воздействия на рудную массу возможны при специальных технологиях, создаваемых для доизвлечения полезных компонентов из утилизированных в недрах отходов предконцентрации, в том числе в технологиях с подземным выщелачиванием.

6. Необходимо стремиться к максимальному размещению пустых пород, а также некондиционной рудной массы в погашаемых горных выработках и в выработанном пространстве. При этом необходимо создавать на будущее достаточно благоприятные условия для извлечения этих некондиционных техногенных запасов или для их переработки в местах складирования.

■ 7. Работы в руднике, связанные с формированием качества добытой руды, как правило, не должны снижать темпов развития горных работ и не оказывать отрицательного влияния на состояние массива горных пород.

8. Главным критерием эффективности технологической схемы с разделением рудной массы должен быть интегральный экономический показатель, учитывающий, как минимум, интересы комплекса производств: «добыча - транспорт - складирование некондиционной руды и пустых пород на поверхности - обогащение».

Обоснование способов и параметров стабилизации состава рудной массы в руднике.

Степень изменчивости показателей качества рудного сырья, так же как и содержание полезных компонентов в руде, оказывает существенное влияние на показатели обогащения и соответственно на результаты деятельности всех производств горно-металлургического комплекса. Со снижением качества рудного сырья негативные последствия нестабильности его состава возрастают.

На рис. 10 показано текущее состояние изменчивости руды, поступающей на Норильскую обогатительную фабрику, что свидетельствует о наличии данной проблемы и в ОАО «ГМК «Норильский никель». Ещё в 1987 г. диссертант в статье: "Влияние технологии подземной очистной выемки на стабильность качества добываемой руды", вместе с Богдановым М.Н. и Бойко C.B., поднимал вопрос о важности этой проблемы для Норильского ГМК. За прошедшие годы из-за ухудшения ресурсной базы горнодобычных работ проблема стала ещё острее.

Вместе с тем подземные рудники имеют реальные возможности для существенного улучшения результатов усреднения рудной массы. Этому благоприятствует то обстоятельство, что в технологии подземной добычи присутствуют неоднократные перемещения рудной массы (в том числе под действием сил взрыва и гравитации), её бункеризация, а также многоразовые перегрузки. При этом результаты перемешивания состава рудной массы, как правило, носят случайный характер. Но процессы перемешивания рудной массы в технологической схеме рудника, происходящие в основном спонтанно, можно существенно интенсифицировать и сделать управляемыми в рамках общерудничной системы.

а,К. 1.4 1.3 1,2 1,1 1.0 0,9 0.8 0.7' 0,9 0,5 D.4 ■ 0.3

О i 2 3 Í 2 3 í 2 3 12312312312 31231231 2~3 смены

1 2 3 4 G В 7 В »10 eym«v

Январь, 2005 вод

РисШХарактерное изменение содержания металлов в смеси вкрапленных и медистых руд, поступающей на Норильскую обогатительную фабрику 1 - содержание никеля; 2 - содержание меди

Способы стабилизации качества рудной массы при подземной добыче

Рис. 11 .Систематизация способов стабилизации состава рудной массы при подземкой добыча

Известно много технологических способов усреднения состава рудной массы (рис. 11), но в полной мере обеспечить хорошие результаты каким-то одним из них практически невозможно. Процесс стабилизации состава рудной массы по своей сути - многостадийный, и чем ранее в технологической схеме рудника он начинает осуществляться, тем эффективнее его конечные результаты. Первые стадии этого процесса должны выполняться в руднике за счёт регулирования порядка отработки участков залежей. При внутригодовом планировании горных работ определяются время и сроки отработки конкретных очистных блоков (панелей), объёмы и средние показатели качества добычи. В последующие стадии производства выполняются организационные мероприятия по объединению (или разделению) разнокачественных рудопотоков.

Большое значение для стабилизации состава руды имеет количество задействованных в работе выемочных единиц. На рис. 12 приведена расчётная зависимость среднего содержания металла в результирующем рудопотоке от количества очистных забоев, позволяющая в общем виде оценить эффективность такого решения.

Собственно смешивание разнокачественной рудной массы происходит в процессе отбойки, выпуска (выемки и погрузки), транспорта, перегрузки, а особенно при перепуске, механическом дроблении и бункеризации. В практике зарубежных рудников (Кируна, Фруд-Стоби, Рон-Антилоп, Юрад и др.) широко применяется способ усреднения состава рудной массы в подземных бункерных комплексах. Для условий медно-никелевых рудников нами рекомендуется, наряду с совершенствованием текущего планирования качества руд и оперативного управления рудопотоками в режиме усреднения также конструктивно развивать бункерное хозяйство. Создание многобункерных усреднительных комплексов является наиболее эффективным средством стабилизации состава рудной массы.

Гис. 12. Зависимость колебания содержания металла в р мультирукмцем рудопотоке от числа очистных эабоеэ

В целом решение проблемы стабильности состава рудного сырья предлагаем выполнять в рамках общерудничной системы управления качеством, в рациональной увязке с процессом предконцентрации. При этом следует учитывать, что физическая сущность обоих этих процессов взаимно противоположна: если при усреднении происходит смешивание состава рудной массы, то при предконцентрации - её селекция. Поэтому при необходимости повышения содержания металлов в руде с обеспечением высокой стабильности её состава эти процессы следует развести в пространстве и во времени. В работе предложен экономический подход к взаимоувязке этих процессов в общей технологической схеме рудника. При этом рассмотрены два случая обоснования требований к качеству добытой РУДЫ:

с совместным учётом интересов рудника и обогатительной

фабрики;

- с интегральной оценкой экономических результатов по всему комплексу горно-металлургического производства.

Концепция поэтапного решения проблемы качества руд применительно кусловиям норильских рудников.

Условия норильских медно-никелевых рудников, имеющих значительную рудо-минеральную базу, представленную в широком по качеству руд диапазоне, были приняты в работе как исходные для разработки общей методологии системного решения проблемы качества рудного сырья с изменяющимися во времени характеристиками природных ресурсов и технологией разработки месторождения. При наличии тенденции интенсивного снижения балансовых запасов богатых и медистых руд и соответствующем обеднении природных ресурсов, представляется возможным изучать рассматриваемую проблему в развитии с широким спектром исходных данных.

В диссертации на основании выполненных исследований на примере рудников ОАО «ГМК «Норильский никель» предложена концепция системы управления качеством руд, включающая все её основные элементы, рассмотренные в работе. Эта система должна внедряться на рудниках компании поэтапно, в зависимости от текущего состояния в них рудной базы. Вначале эксплуатации новых рудников, при наличии достаточно богатых запасов, необходимо максимальное использование возможностей существующих технологий и планирования горнодобывающего производства. Но одновременно с богатыми запасами следует осуществлять выемку и определённого количества рядовых и бедных руд с созданием эффективной системы стабилизации рудной массы, включающей использование методов управления рудопотоками в режиме их усреднения, а также эксплуатацию усреднительных комплексов (подземных или на промплощадке рудника). На более поздних стадиях существования рудников, с включением в разработку некоего предельного количества относительно

бедных запасов, следует внедрять предконцентрацию руды с последующим усреднением в технологической схеме рудника разнокачественных руд.

Важным стратегическим вопросом горно-добывающих и перерабатывающих производств является раздельная (в т.ч. посортовая) выемка руд. В принципе при посортовой выемке и переработке руд могут быть получены более высокие результаты извлечения полезных компонентов из многокомпонентных руд. Но совместная разработка разных типов руд упрощает и может удешевить не только добычу, но и переработку руды. Так, целесообразность совместной разработки некоторых разнокачественных норильских руд была подтверждена в 2001 г. исследованиями по их обогатимости, проведенными по нашему предложению исследовательским центром (ГМОИЦ). Однако в условиях совместной разработки разных типов руды для достижения потенциально возможных результатов обогащения следует обеспечить существенное повышение стабильности химического и минерального состава добытой руды, для чего необходимо совершенствование существующих процессов усреднения в рудниках. В этой связи в диссертации, в рамках рудничной системы управления качеством, предложены технические и технологические решения, в том числе в части модернизации рудничного дробильного узла с превращением его в дробилыю-усреднительный комплекс (рис. 13).

На определённом этапе существования рудника, с массовым включением в эксплуатацию наиболее бедных вкрапленных руд появится необходимость в создании при участковых рудоспусках, а затем и в околоствольном дворе пунктов предконцентрации добычи, которые могут быть выполнены по локальным проектам в соответствии с предложенными в работе научно-технологическими принципами и технологическими решениями.

Методика и укрупнённый расчёт технологической и экономической эффективности производственной системы управления качеством руд.

Расчёт выполнен применительно к условиям горно-металлургической компании, разрабатывающей месторождения ценных полиметаллических руд. В методологию расчётов заложены следующие показатели и их аналитические выражения:

• Среднее содержание металла в руде, принятого в качестве базового

где а, - содержание базового металла по участкам месторождения;

2, - количество запасов в этих участках.

• Приведенное содержание базового металла в руде

Рис. 13. Реконструкция подземного дробильного комплекса в дробильно-усреднительный

1- опрокидыватель; 2 - вибропитатель; 3 -виброгрохот; 4 - щековая дробилка; 5 - рассекатель рудопотока; 6-ленточный питатель; 7 - конвейер; 8 - конвейер загрузочный; 9 - сбрасывающая тележка; 10 - конвейер разгрузочный; 11 - бункер; 12 - дозаторная

ау=ах +а2Цг1Ц\ + +... + атЦт/Ци (18)

где а1,а2..хх/- содержания различных металлов в месторождении, Ц^Ц2...- цена металлов.

• Балансовая ценность руды, т.е. ценность металлов, содержащихся в 1 т балансовых запасов

=0,01- £ агЦ]-, (19)

• Валовая ценность руды — ценность металлов, содержащихся в 1 т рудной массы

]-т }-т

гв= 0,015 ^ ■ Ц] = 0,01 • X арм . Ц/. (20) 1 \}

Здесь 8 - коэффициент снижения содержания металлов в рудной массе,равный 3 = \-Л = а^. 1а/,

Я - коэффициент разубоживания руды; а - содержание металлов в рудной массе.

• Извлекаемая ценность руды, т.е. ценность металлов, реально извлекаемых из 1 т балансовой руды

2Из =0,01-д-£д-£а ем 21<Х;Ц;, (21)

где ел,е,,ем- соответственно извлечение металлов при добыче из недр, обогащении и металлургическом переделе.

• Коэффициент сквозного извлечения металла:

- по всему циклу горно-металлургического производства

е = еде0ем; (22)

- при переработке руды

£пер ~£о£м- (23)

Автором диссертации на основе проведённой на Талнахской обогатительной фабрике опытной переработки руд установлены следующие корреляционные зависимости извлечения металлов при обогащении богатых и медистых руд:

- для никеля

е0 = 2,8532а£ж + 21, Шарм 39,384 (Л2=0,899); (24)

- для меди

=2,111а2рм +28,684«^ +6,357 (Дг=0,57). (25)

Примечание: Большая разница между корреляционными характеристиками для никеля и меди объясняется тем, что управление режимом на начальных стадиях обогащения ведётся главным образом по никелю. При этом учитывается наличие определённой связи содержаний других компонентов с содержанием никеля. Соответственно для показателей обогащения, полученных для меди и других металлов, которые в этом случае рассматриваются как вторичные, характерны меньшие значения коэффициента корреляции.

• Выход/-го концентрата из 1 т балансовых запасов руды

Гк}=<*рм}<£о1 Р = а-5-е0.1 р. (26)

Для норильских богатых и медистых руд, исследованных в большом диапазоне массовых долей металлов в диссертации были получены следующие корреляционные зависимости по выходу концентратов от содержания в исходной рудной массе:

- никеля

ут = 1,52 а2рм +14,37 - 5,96; {II2=0,99) (27)

- меди

укСи = 0,16а2рм + 2,44«^ +1,35; (Л2=0,81). (28)

• Выходу-го металла из 1 т балансовых запасов руды

Гму=^-3-ео-емП00. (29)

• Количество балансовой руды, приходящейся на 1 т добытой рудной массы

Qr, "' ■:v; (зо)

• Количество балансовой руды, необходимой для получения 1 концентрата,

Qbkj = l/rKj = Pj ¡a pufo- (31)

• Количество концентрата, необходимого для получения 1 металла,

•QKj=UrMj=WlP]-£M- (32)

• Количество рудной массы, необходимое для производства 1 металла,

QpM.=ioo/apM.s0sM. (33)

• Количество балансовой руды, необходимой для получения 1 металла,

QBMj=\№larS-e0-sM. (34)

• Себестоимость 1 т концентрата

С К i ~ QEK (Q + Стр.р +Со) =

■ (35)

(Pj -1арм j ■ so)(Có + Стр,р + Са)

• Себестоимость 1 т металла

CMJ = QPM (Сд + Стр_р + С0 ) + QKj (Стрх +

С МП

). (36)

• Прибыль от 1 т металла

ПМ=Ц-СМ. (37)

• Себестоимость добычи и переработки 1 т руды в концентраты С* =Сд+Стр_р+С0. (38)

• Себестоимость добычи и переработки 1 т руды в металлы

См ~ Сд + Стр.р +С0+£)б {Стр.к + Смп )

. (39)

сд + Стр.р +С0+а рмЕ0 (Стрк + Смп)/р

• Прибыль, получаемая из 1 т руды, ]=т

ПР=И ЦИз-См=т-5-е0-ем

1 1 • (40)

¡Сд + Стр р + арм • в01{Стр к + Слг„)]

Вышеприведенные формулы отражают технологические и экономические результаты деятельности горно-металлургического комплекса без учёта фактора времени вложения финансовых средств в производство. Такая оценка результатов работы допустима при окупаемости средств в течение короткого промежутка времени при отсутствии дополнительных капитальных затрат, когда экономическая эффективность достигнута за счёт резервов производства. В общем случае особенно для расчётов на календарные сроки, выходящие за пределы текущего планирования, необходим учёт фактора времени и эффективности вложения средств в модернизацию производства. При этом расчёты необходимо производить в соответствии с современным критерием эффективности производства -чистым дисконтированным доходом от функционирования всего горнометаллургического комплекса:

ЧДД = ¿[/Ш -{к, -С, -Л,)]/(1-£)'. (41)

>=0

Здесь Г,* - соответственно длительность периода, на который ведётся расчёт и шаг расчёта;

Ц^ - ценау—го металла в /— м году;

- объём выпуска металлов в (-м году;

К,,С,,А, - соответственно, капитальные и эксплуатационные затраты, а также амортизационные отчисления в С— м году;

Е - норма дисконта, равная ставке за банковский кредит.

Как известно, норильские медно-никелевые руды содержат в своём составе, кроме никеля, меди, кобальта и серы, также большое количество других весьма ценных компонентов, в числе которых металлы платиновой группы и другие, являющиеся важнейшими стратегическими металлами.

Очевидно, что в этих условиях любые конкретные расчёты, связанные с качеством руд, запасами этих металлов и их производством затрагивают не только коммерческие интересы горно-металлургической компании, но также и государственные. Поэтому подробные расчёты и глубокие технико-экономические анализы должны вестись в рамках самостоятельных экономических исследований с соблюдением соответствующей конфиденциальности исходных данных и результатов исследований.

В диссертации, ■ посвященной горнотехнологическому и организационному решению проблемы повышения качества рудного сырья при соответствующей модернизации подземного горнодобывающего производства, даны общие научные и технологические обоснования системного управления качеством продукции рудника и принципиальный прогноз результатов деятельности рудника и обогатительной фабрики. Полученные в работе технологические показатели и рекомендации следует закладывать в основу детальных экономических расчётов, которые должны быть интегральными, максимально учитывающими интересы всех звеньев производственного комплекса: «горнодобычных работ - обогащения -металлургического передела — транспорта промежуточных продуктов».

На основании приведенных выше зависимостей и реальных производственных показателей в работе выполнена укрупнённая технолого-экономическая оценка повышения качества рудного сырья, ограниченная вначале только производством никеля. Такое сужение области оценки, учитывая многокомпонентность руды и ценность всех её компонентов, создало возможность получения более реальных расчётных экономических показателей и - объективнее показать масштаб всей проблемы, поскольку позволило рассматривать процесс без множества дополнительных и усложняющих расчёт факторов. Естественно, что полная экономическая эффективность системных мероприятий по повышению качества рудного сырья будет существенно выше, чем рассчитанная по одному металлу.

При расчётах исходили из следующих исходных позиций:

- в соответствии с полученной в диссертации зависимостью влияния качества исходной руды на выход концентрата при содержании никеля в рудной массе (аи) 1, 2 и 3% достигается выход никелевого концентрата (укп) в количестве соответственно 7, 17 и 24% при среднем содержании никеля в концентрате рю= 9,3%;

- извлечение никеля в концентрат (еот) при содержании никеля в рудной массе (а№) 1, 2 и 3% составляет соответственно 56, 72 и 76%;

- исходя из усреднённых фактических данных затраты на 1т руды составляют: при добыче С„ = 1060 руб. (32%), обогащении С„= 497 руб. (15%), металлургическом переделе (вместе с транспортом промпродуктов и некоторых других производств) Сш = 1722 руб. (52%);

- при мировых ценах на никель, составлявших на момент написания диссертации, порядка 16... 17 тыс. долларов США за 1 т, расчётная цена его реализации - 9350 долл. или 261800 руб. за 1 тонну.

Следовательно, извлекаемая ценность руды с учётом толькр никеля с содержанием 1% будет равно

■ eJ^tXjIfj =0,01 -0,85*0,98-0,56-0,9-1 -261800= 1099 руб. i

Соответственно при содержании aN¡, равном 2 и 3%, извлекаемая ценность повысится до 2826,3 и 4972,2 руб. на каждую тонну руды.

Себестоимость добычи и переработки руды в металл при содержании никеля в руде агдг,=1% составляет:

С, =Q+C„ + a(!A'C,„1//3= 1060+497+1-0,56-1722/9,3 = 1660,7 руб/т.

При повышении содержания никеля в руде до 2 и 3%, себестоимость добычи и переработки руд соответственно возрастёт до 1823,6 и 1979,2 руб/т.

Доля прибыли, получаемой из 1 т руды от никеля (устанавливаемая по формуле Пр = Zlh - См ), при содержании металла в руде а„„, выражается в следующих величинах:

<*„„,% П р > руб/т

1 -561,6

2 1002,7

3 2993

Из этих значений видно, что повышение содержания никеля в добытой руде способствует интенсивному возрастанию экономической эффективности горно-металлургического производства.

Согласно данным, опубликованным на сайте ОАО «ГМК «Норильский никель», доля доходов Норильской горно-металлургической компании за счёт производства и реализации никеля составляет 40%, а на остальные металлы приходится 60%. Поэтому полученные выше расчётные результаты следует увеличить на 60%, что составит (в диапазоне изменения содержаний металла в рудной массе арм= 1...3%) от 281 до 4430 рублей условной прибыли на каждую тонну добытой руды (рис. 14).

4000 3500 3000 2500 2000 . 1S00 1000 5D0

0 --500 . -1000

Хотя при расчётах и использованы реальные исходные данные, полученные результаты являются укрупнёнными. В расчётах также не отражены дополнительные затраты, связанные с управлением качеством руд. Размер этих затрат зависит от конкретных задач, которые стоят перед рудником в части требований к качеству добытой руды, а также от принятых способов достижения поставленных целей. Но вместе с тем приведенные расчёты при всей их укрупнённосги даюг ответы на два принципиальных вопроса:

какова общая закономерность изменения интегральной экономической эффективности добычи и переработки руды при повышении в ней концентрации металлов;

- в каких пределах могут быть эффективными вложения средств в горные технологии, обеспечивающие повышение качества добычи.

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технические, технологические и организационные решения по модернизации систем управления качеством руды при подземной добыче, внедрение которых в практику рудников вносит значительный вклад в развитие горнодобывающего производства России.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Корреляционным анализом установлены реальные потери горнометаллургического производства от ухудшения качества рудного сырья, выражающиеся в снижении качества концентратов на 1,37%, извлечения никеля на 5,86%, выхода концентрата на 5,71% и в росте отходов переработки на 12,86% в среднем на каждый процент уменьшения массовой доли металла в исходной рудной массе. Соответственно, близко к этим значениям происходит ухудшение показателей обогащения и по другим металлам (меди, кобальту, платиноидам и др.), что весьма отрицательно влияет на технологические и экономические результаты деятельности всего горно-металлургического комплекса.

2. Показано, что в современных условиях интенсивного освоения наиболее ценных полезных ископаемых' обеспечение требуемого уровня качества рудного сырья при добыче становится всё более острой и глобальной проблемой. На примере норильских медно-никелевых рудников установлены тенденции и темпы ухудшения природных ресурсов, составляющие до 10 богатых руд в год, при их доле в балансовых запасах, чаще, менее 9%, что свидетельствует о значительном ограничении возможностей дальнейшего поддержания высокого качества добычи за счёт выборочной выемки.

3. Установлено, что в условиях значительного обеднения рудных запасов решение рудо-сырьевой проблемы в будущем должно в основном

ориентироваться на более интенсивные и кардинальные изменения в горнодобывающем производстве, с возложением на него функций более глубокого формирования качества добытых руд. У рудников при соответствующей модернизации их технологии повышаются реальные и пока недоиспользуемые возможносги для более эффективного формирования качества руды, в том числе путём повышения концентрации металлов и стабилизации состава добычи.

4. Доказано, что кардинальное решение проблемы качества рудного сырья лишь за счёт отдельных рационализации внутри горнодобывающего и обогатительного производств невозможно, Для решения проблемы в диссертации предлагается определённая система действий технического,

итого характера с интегральной оценкой их

ответствие современному производству известных способов повышения содержания металлов в добытой руде, осуществляемых за счёт селективной выемки и призабойной породоотборки в их традиционном виде. Такие способы, вступая в противоречие с современными индустриальнымич технологиями добычи, тормозят темпы горных работ и сокращают степень использования мощности и рабочего ресурса дорогостоящего горного и транспортного оборудования. Более перспектив, ый путь повышения массовой доли металлов в руде это -применение в рудниках процессов предконцентрации, основанных на рентгенорадиометрических средствах сепарации и экспресс-контроля качества добычи, что позволяет вдвое увеличить содержание компонентов и на 50% сократить добычу некондиционной рудо-породной массы. В диссертации выполнена систематизация, а также сформирован ряд типовых технологических схем горнодобычных работ с рентгенорадиометрической предкоцентрацией рудной массы. .

6. Показано, что в отечественных рудниках имеются объективные условия для реального повышения коэффициента усреднения руд в 2..3 раза по сравнению с достигаемыми на практике результатами, в первую очередь в части снижения низкочастотных колебаний их качества. Благоприятствует этому сам принцип технологий подземной добычи с их многостадийными перемещениями рудной массы под действием взрыва, сил гравитации на большие глубины, а также многократными перегрузками. Только системное совершенствование горнодобывающих технологий, для которых во многом характерны случайные результаты по качеству добычи, способно превратить рудники в эффективно управляемые производства.

7. Разработанные в диссертации:

• классификации способов управления качеством руд при подземной добыче, технологических схем предконцентрации и способов усреднения состава рудной массы;

• структура и принципы формирования рудничной информационно-управляющей системы качества руд;

• методологии моделирования и обоснования . основных параметров внутрирудничной предконцентрации и стабилизации качества рудной массы;

• типовые технологические схемы добычи; .

• методика укрупнённой оценки эффективности рудничной системы управления качеством и др. материалы

составляют вместе с полученными зависимостями и аналитическим аппаратом комплексную научную и инженерную базу для модернизации горнодобывающего производства в части эффективного управления качеством продукции.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах автора: 1. Бойко С.В., Кожиев Х.Х., Богданов М.Н. Влияние технологии подземной очистной выемки на стабильность качества добываемой руды // Сб. тр.; Разработка руд цветных металлов, Норильск, 1987. - С.18-23.

; 2. Кожиев Х.Х., Г.Г.Ломоносов. Рудничные системы управления качеством минерального сырья. - М.; Изд-во МГГУ, 2005. В этой монографии диссертантом написаны следующие разделы:

• Сущность проблемы качества руды. - С. 11-23.

• Влияние вещественного состава руд на показатели их переработки.— С.23-34.

• Другие факторы, определяющие требования к качеству руды. -С.44-46.

• Горно-технологическая характеристика минерально-сырьевой базы на примере Норильских рудников и тенденции её изменения. - С.46-55.

• Анализ практики повышения концентрации металлов в руде при её добыче.- С.67-96.

• Обобщение опыта стабилизации качества рудной массы. — С.105-122. "

• Методика моделирования процесса предконцентрации рудной массы.-С.150-161.

• Общая структура рудничной системы управления качеством руды. С. 178-188.

• Взаимная увязка различных требований к качеству руды. — С.188-192.

• Концентрация горных работ и число выемочных единиц. — С.224-228.

• Принципиальные положения по созданию рудничных технологий предконцентрации рудной массы.— С.237-244.

• Классификация рудничных технологических, схем предконцентрации рудной массы. - С.244-247.

• Базовые исследования в области радиометрической репарации. Соавтор Г.Г.Ломоносов. - С.96-105.

• Основные исследования в обла.сти усреднения руд в рудниках. Соавтор Г.Г.Ломоносов. - С.123-126.

• Систематизация способов управления качеством руд. Соавтор Г.Г.Ломоносов. — С.137-146.

• Рудничные технологические схемы предконцентрации рудной массы. Соавтор Г.Г.Ломоносов. - С.248-260.

• Технологические и производственно-экспериментальные предпосылки к созданию технологии добычи с предконцентрацией руд. Соавторы Г.Г.Ломоносов и Ю.О.Фёдоров. - С.261 -283.

3. Кожиев Х.Х., Сабанов H.A. Рудник «Комсомольский»: становление и развитие // Горный журнал. - 2001.- Ks2. - С.2-6.

4. Кожиев Х.Х. Разработка месторождений на больших глубинах. - Изд-во НИИ, 1991,- 86 с.

5. Кожиев Х.Х., Янишевский A.A. Технология разработки рудных месторождений. - Изд. НИИ, 1995,- 139 с.

6. Кожиев Х.Х. Перспективы развития рудников ОАО «ГМК» Норильский никель» // Сб. докладов научно-технической конференции. — Изд-во НИИ.

7. Кожиев Х.Х. О перспективах развития горных предприятий Р.У. «Талнахское» И Сб. докладов. - Изд-во НИИ. 2003. - С. 16-19.

8. Кожиев Х.Х., Ломоносов Г.Г. Об актуальности модернизации внутрирудничной системы управления качеством добычи руд // Маркшейдерский вестник. - 2005. - №2. — С.23-28.

9. Кожиев Х.Х. Пути повышения товарной ценности руд в современных условиях // Горный журнал. - 2005. - №8. - С.7-10.

10. Кожиев Х.Х. Основные положения управления качеством руд II Сб. трудов НИИ. - 2004. - С. 9-11.

11. Кожиев Х.Х. Классификация способов управления качеством руд при подземной добыче И Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - №8.-С. 11-13.

12. Кожиев Х.Х. Моделирование предконцентрации рудной массы. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - №12. — С.43-48.

13. Кожиев Х.Х., Орлов С.М., Сабанов H.A. Второе рождение Норильска // Горный журнал. - 2006. - №2. - С.13-16.

14. Кожиев Х.Х. Влияние качества добытой руды на показатели её обогащения - // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. -№8. С.27-28.

15. Кожиев Х.Х. Реконструкция технологической схемы рудника в направалении повышения стабильности состава рудной массы - // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006 г. - №8. С.31 -33.

16. Кожиев Х.Х. Укрупнённый расчёт эффективности, системы управления качеством руды. - II Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - №8. С.29-30. :

17. A.c. № 1335702 Способ разработки руды. камерно-целиковой системой / Бойко C.B., Бадаев В.Ю., Кожиев Х.Х., Липчанский Б.М., Богданов М.Н. //Опубл. вБ.И.-1987, №33.

18. A.c. № 1362828 Способ разработки рудных тел с прослоями / Арбатских A.A., Кожиев Х.Х., Сабанов H.A., Бойко C.B. // Опубл. в Б.И. -1987, №48.

• 19.-A.c. № 1423750 Способ разработки рудных тел / Кожиев Х.Х., Малетин Л.В., Слупчук В.В., Короткое Ю.В.//Опубл. в Б.И - 1989, №8.

Подписано в печать 18.09.06. Формат 60x90/16

Объём2п.л. Тираж 100 экз. Заказ №/52

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский проспект, 6

Содержание диссертации, доктора технических наук, Кожиев, Хамби Хадзимурзович

Введение.

1. Проблема качества рудного сырья в современном горнометаллургическом производстве.

1.1. Сущность проблемы качества руды.

1.2. Влияние вещественного состава руд на показатели их переработки.

1.3. Зависимость эффективности обогатительного производства от стабильности качества рудного сырья.

1.4. Значение других показателей качества рудного сырья.

1.5. Горно-технологическая характеристика минерально-сырьевой базы рудников ОАО "Норильский никель" и тенденции её изменения.

Выводы.

2. Состояние исследований и практики управления качеством руд в горнодобывающем производстве.

2.1. Основные положения управления качеством руд.

2.2. Анализ практики повышения концентрации металлов в руде при её добыче.

2.3.Базовые исследований в области радиометрической сепарации.

2.4. Обобщение опыта стабилизации качества рудной массы в подземных рудниках.

2.5. Основные исследования в области усреднения руд в подземных рудниках.

Выводы.

3. Теоретические основы рудничной системы управления качеством руд.

3.1. Систематизация способов управления качеством руд при подземной добыче.

3.2. Показатели предконцентрации рудной массы.

3.3. Методика моделирования процесса предконцентрации рудной массы.

3.4. Показатели, используемые для количественной оценки изменчивости качества руд.

3.5. Трансформация изменчивости качества руды и её вероятностные модели.

3.6. Общая структура рудничной системы управления качеством руды.

3.7. Взаимная увязка различных требований к качеству добытой руды.

Выводы.

4. Концепция технологии предконцентрации рудной массы при подземной добыче.

4.1. Принципиальные положения по созданию рудничных технологий предконцентрации рудной массы.

4.2. Классификация рудничных технологических схем добычи с предконцентрацией рудной массы.

4.3. Технологические схемы добычи с предконцентрации рудной массы в руднике.

Выводы.

5. Методология обоснования параметров системы усреднения рудной массы.

5.1. Организационные методы управления качеством руд при добыче.

5.2. Долгосрочное планирование качества добычи при развитии горных работ.

5.3. Текущее планирование среднего уровня качества добытой руды.

5.4. Методика обоснования решений при оперативном управлении качеством руд в процессе их добычи.

5.5. Концентрация горных работ и число выемочных единиц с позиции усреднения рудной массы.

5.6. Обоснование параметров усреднительной системы стохастическим моделированием.

Выводы.

6. Производственно-экспериментальные предпосылки к созданию технологий добычи с управлением качеством норильских руд.

6.1. Состав производственных исследований.

6.2. Изучение рентгенорадиометрической сепарации руд норильских рудников.

6.3. Концепция поэтапного решения проблемы повышения качества добычи руд в норильских рудниках.

6.4. Укрупнённая оценка эффективности рудничной системы управления качеством руд.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Научное и технологическое обоснование системы управления качеством руд при подземной добыче"

Актуальность проблемы. Диссертация посвящена совершенствованию горно-добычных работ при подземной разработке мощных рудных месторождений с обеспечением внутрирудничного управления качеством рудной массы в условиях закономерного обеднения запасов недр, происходящего вследствие интенсивной эксплуатации месторождения при отставании восполнения богатых промышленных запасов.

В современном мире проблема обеспечения качества продукции горного производства приобретает всё большую остроту, практически, для всех перерабатывающих отраслей промышленности. В наибольшей мере эта проблема проявляется в чёрной и цветной металлургии, особенно там, где производятся наиболее востребованные металлы.

Качество продукции горнодобывающих предприятий зависит, в первую очередь, от состояния минерально-сырьевой базы. Ныне, сохраняя ведущие позиции в мире по количеству запасов многих видов важнейших полезных ископаемых, наша страна в большинстве случаев уступает потенциальным конкурентам по их качеству. Так, занимая первое место в мире по запасам железных руд, Россия имеет в своём составе богатых руд не более 9%. В то же время у основных конкурентов (Австралии, Бразилии и Китая) руды с содержанием железа 60.70% составляют до 2/3 их запасов. По медным рудам, по наличию которых Россия находится на 3-м месте в мире, в основном самые богатые руды уже выработаны. В свинцово-цинковых рудах (находясь, соответственно, на 3-м и 1-м местах по запасам) имеем в 2.3 раза хуже содержания, чем в Австралии и Канаде. Оловянные руды, общие объёмы которых в недрах нашей страны - самые крупные в мире, также в 2.3 раза уступают по качеству бразильским, индонезийским и малазийским. Россия имеет и самые большие в мире запасы титана, но из-за крайне низкого их качества практически не ведёт его добычу. Занимая по количеству бокситов 6-ое место в мире, наша страна уступает по их качеству 5

Австралии, Гвинее и Греции. Качество российских вольфрамовых руд в 2,2 раза хуже, чем в Китае, а молибденовых в 3.4 раза ниже, чем в США [47].

На этом общем фоне выгодно выделяются крупные норильские месторождения руд, содержащие в своём составе никель, медь, металлы платиновой группы, кобальт, золото, серебро и другие ценные полезные компоненты. Здесь же следует отметить якутские и архангельские кимберлитовые месторождения, образующие мощную сырьевую базу для добычи алмазов. В стране имеются также месторождения и отдельные залежи с относительно высоким содержанием золота, серебра и некоторых других полезных компонентов, но запасы их относительно небольшие.

Анализ общего состояния отечественных минерально-сырьевых ресурсов указывает на то, что в дальнейшем ожидается напряжённое положение с обеспечением металлургии достаточно высококачественными рудами. При этом за прошедшие десятилетия интенсивной эксплуатации и на уникальных по своим запасам и ценности норильских рудных месторождениях (Норильск-1, Талнахско-Октябрьское) происходит неизбежный процесс обеднения. И хотя содержания полезных компонентов в этих рудах пока ещё достаточно высокие и имеются немалые запасы богатых руд, отмеченная отрицательная тенденция проявляется всё более заметно, реально грозя уже в недалёком будущем и для Норильской горнометаллургической компании перерасти в острую проблему обеспечения металлургического производства рудо-минеральным сырьём требуемого качества.

Из выше сказанного очевидно, что традиционный путь решения проблемы качества добытых руд, главным образом, за счёт выборочного извлечения более богатых руд в основном себя исчерпал. И поэтому такой путь дальнейшего развития отечественного горно-добывающего производства становится всё менее перспективным.

С целыо частичного изменения складывающейся в стране ситуации с качеством рудо-минерального сырья в последние годы активно пересматривались ранее утверждённые кондиции по целому ряду месторождений. В результате их переоценки и, соответственно, сокращения запасов, с 1994 по 2001 г.г. отмечалось некоторое повышение средних (по стране) содержаний металлов в добытых рудах: например, по меди с 1,25 до 1,69%, по цинку с 2,22 до 2,64%, по свинцу с 1,39 до 1,62% и др. Естественно, что в нынешних условиях, когда за счёт государственного бюджета практически прекращены поисковые геолого-разведочные работы, а горнодобывающие предприятия не вкладывают в эту сферу соответствующие материальные средства, путь решения проблемы качества рудо-минерального сырья в основном за счёт использования наиболее богатых запасов - тупиковый.

Более перспективное решение проблемы обеспечения перерабатывающих производств рудо-минеральным сырьём требуемого качества в условиях закономерного ухудшения минерально-сырьевой базы может быть осуществлено за счёт совершенствования управления качеством руд при их добыче. Для этого необходима такая модернизация горнодобывающих предприятий, чтобы производство адекватно соответствовало существенно меняющимся горно-геологическими, горно-техническими, а также новым хозяйственными и экономическими условиями.

Изучаемая в диссертации актуальная общегосударственная проблема повышения качества рудного сырья, рассматривается на примере норильских подземных рудников ("Комсомольский", "Маяк", "Скалистый"), разрабатывающих Талнахское месторождение медно-никелевых руд -главной рудо-сырьевой базы ОАО "Горно-металлургическая компания "Норильский никель". В настоящее время это одна из крупнейших российских компаний, на долю которой приходится более 20% мирового производства никеля, более 10% кобальта, более 3% меди, значительная часть платины, палладия, селена, теллура, золота и других ценных продуктов. На внутреннем рынке доля продукции этой компании составляет 96% всего производимого в стране никеля, 55% меди, 95% кобальта. В 7 настоящее время структура месторождений эксплуатируемых компанией такова, что основные запасы (82%) представлены относительно бедными вкрапленными рудами, доля которых по мере выемки богатых руд возрастает, что выдвигает необходимость поиска на перспективу новых научно обоснованных концептуальных и конкретных технологических решений в области добычи руд.

Рудники "Маяк" и "Комсомольский", введённые в эксплуатацию соответственно в 1964 и 1971 году, являются пионерами освоения Талнахско-Октябрьского месторождения. На основе их опыта вырабатывались основные технологические решения, заложенные в дальнейшем в создание более мощных норильских рудников - "Октябрьского" (1974 г.) и "Таймырского" (1982 г.). Будучи в авангарде разработки этого месторождения, рудники "Маяк" и "Комсомольский" первыми столкнулись с проблемой интенсивного обеднения своих ранее весьма богатых рудных запасов. Накопленный опыт, с учётом 60-летнего периода эксплуатации месторождения "Норильск-1", позволяет достаточно репрезентативно изучать поднятую в диссертации глобальную проблему качества рудо-минерального сырья на примере крупнейшей не только в Росси, но и в мире горно-металлургической компании.

Цель работы - развитие теории и разработка системы технологических решений по управлению качеством руд при подземной добыче, обеспечивающих эффективное функционирование горнометаллургического производства в условиях интенсивно ухудшающейся минерально-сырьевой базы.

Идея диссертации заключается в том, что традиционные представления о горнодобывающих предприятиях как о производствах, по своей сущности не предназначенных для улучшения природного качества руд, в современных условиях во многом устарели. С развитием технического прогресса подземные рудники получают реальные возможности для более эффективного формирования качества добытых руд. Наиболее результативно 8 они могут быть реализованы в рамках общей системы управления качеством продукции предприятия.

В связи с поставленной целью в работе решался комплекс задач теоретического и горнотехнологического плана, основные из которых следующие:

1. Установление значимости фактора качества добытых руд для перерабатывающих производств.

3. Обобщение исследований и практики формирования качества руд при их подземной добыче.

4. Развитие теории управления качеством руд в подземном горнодобывающем производстве.

5. Разработка концептуальных положений по системному решению проблемы качества руд при подземной добыче.

6. Разработка методологии графо-аналитического моделирования и обоснования параметров внутрирудничной системы управления качеством

РУД

8. Разработка системы технологических решений по управлению качеством руд при подземной добыче.

9. Укрупнённая оценка эффективности рудничной системы управления качеством руд.

Методы исследования:

- анализ состояния и тенденций изменения рудо-сырьевой базы металлургии;

- обобщение теории и практики управления качеством полезных ископаемых при их добыче;

- методы теории вероятностей и математической статистики;

- аналитические исследования;

- графо-аналитическое моделирование процессов формирования качества руд;

- натурные наблюдения, эксперименты и производственная апробация полученных результатов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Влияние горнодобывающего производства на результаты обогащения медно-никелевых руд проявляется в том, что уменьшение содержания никеля в добытой руде на 1% приводит к ухудшению качества никелевого концентрата в среднем на 1,37%, снижению извлечения металла в концентрат на 5,86% и выхода никелевого концентрата на 5,71%, при одновременном повышении отходов обогащения на 12,86% с соответствующим понижением показателей переработки по остальным полезным компонентам, а также ростом финансовых затрат на переработку руды.

10 первоочередной модернизации, является система получения оперативной информации о качестве руд, которая фактически должна создаваться заново в соответствии с новыми задачам рудников в части обеспечения качества своей продукции.

5. В технологической схеме подземных рудников наряду с повышением концентрации металлов в добытой руде значительно результативнее может решаться и проблема стабилизации её химического и минерального состава. Имеются объективные возможности для снижения в процессе добычных работ в первую очередь низкочастотных колебаний содержания металлов в руде с одновременным повышением коэффициента усреднения состава рудной массы в 2.3 раза по сравнению с достигаемыми результатами, для чего необходимо формирование общерудничных систем усреднения, базирующихся на предлагаемой в диссертации технической, технологической и организационной модернизации горнодобывающего производства.

6. Основные научные разработки и технологические решения диссертации, включающие: наиболее полную систематизацию способов управления качеством руд при подземной добыче; структуру и принципы формирования внутрирудничной информационно-управляющей системы качества руд; методики моделирования внутрирудничной сепарации руд и обоснования основных параметров усреднительной системы; классификацию рудничных технологических схем предконцентрации рудной массы и их типовые конструкции; а также методологию оценки качественных результатов горных работ, - составляют в комплексе целостную методологическую и инженерную базу для создания и совершенствования внутрирудничных систем управления качеством продукции горных предприятий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены:

- надёжностью и представительностью исходных данных, высокой степенью корреляции полученных зависимостей (корреляционное отношение R=0,6.0,9);

- удовлетворительной сходимостью результатов моделирования с данными производственных исследований и натурных наблюдений (10. 15%).

Научная новизна работы заключается в следующем:

3. Предложена наиболее полная классификация способов управления качеством руд в подземном горнодобывающем производстве, в которую включены как традиционные, так и предлагаемые диссертантом технологии формирования продукции рудников.

4. Разработана общая структура рудничной системы управления качеством руд, включающей в себя блоки - текущей и оперативной информации о качестве руды в узловых точках технологической схемы; обоснования технологических и организационных решений с методологическим обеспечением и расчётной базой; комплексов технических средств и горных выработок, технологических способов и организационных приёмов по управляемому формированию качества продукции рудника; контроля качества, а также обоснован состав этой системы.

5. Сформулированы основные технологические принципы рационального применения предконцентрации и усреднения рудной массы в подземном пространстве, а также выполнена взаимная увязка этих процессов в общей технологической схеме рудника.

Личный вклад автора диссертации в полученных научных результатах:

4. Систематизированы известные технологии предконцентрации и сформулированы принципиальные положения по применению предконцентрации в рудниках, а также разработан ряд новых технологических схем предконцентрации рудной массы, максимально адаптированных к подземному горнодобывающему производству.

7. Показано, что подземное горнодобывающее производство имеет значительные и пока во многом недоиспользуемые резервы для существенного повышения качества своей продукции, максимальное практическое использование которых возможно при системном решении проблемы.

Реализация результатов работы. Научные результаты и практические рекомендации диссертации используются при реализации программ текущего и перспективного развития рудников рудоуправления «Талнахское». Они применяются при планировании горных работ в рудниках «Комсомольский», «Маяк» и «Скалистый». При совершенствовании информационной системы качества руд, проводимом в этих рудниках, использованы основные положения диссертационной работы.

Институту «Норильскпроект» переданы материалы диссертации, в том числе, в части реконструкции дробильного комплекса рудника "Комсомольский" с переводом его в дробильно-усреднительный в соответствии с разработанной автором концепцией.

Результаты исследований используются в учебном процессе Норильского индустриального института, где автор работает (по совместительству) в должности доцента кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, и в Московском государственном горном университете при подготовке горных инженеров по специальности 090200 - «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на конференциях и семинарах, в том числе в рамках «Недели горняка» в Московском государственном горном университете, а также на кафедре технологии подземной добычи руд МГГУ в 2004.2006 гг.; в Норильском горно-металлургическом комбинате (в настоящее время ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель») в 1987.2006 гг.; в Норильском индустриальном институте в 1987.2006 гг. Законченная диссертация обсуждалась и была одобрена на техническом совещании Горногеологического управления ОАО «ГМК «Норильский никель». В процессе выполнения исследований, а также по результатам законченной работы диссертация заслушивалась на заседании кафедры РМПИ Норильского индустриального института.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и шести приложений, включает 28 таблиц, 64 рисунка и список литературы из 80 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Кожиев, Хамби Хадзимурзович

Выводы:

1. Для условий ОАО «ГМК» Норильский никель» наиболее актуальными, в части повышения качества рудного сырья, являются работы по повышению концентрации металлов в добытой рудной массе и стабилизации её состава, значение которых возрастает по мере выработки богатых и медистых руд и снижении общей ценности рудных запасов.

Рис. 6.6. Доля различных металлов, производимых ОАО "ГМК "Норильский никель", в доходах компании.

Рис. 6.6. Укрупнённая оценка прибыли от производства никеля многокомпонентной руды разного качества

2. Производственными исследованиями, проведенными при Норильской обогатительной фабрике в течение 2004 и 2005 годов, выявлено наличие значительных резервов повышения концентрации металлов в добытой рудной массе при их ренгенорадиометрической сепарации. В результате этих работ показано, что в относительно бедных вкрапленных рудах содержание металлов повышается практически 1,3. 1,9 раз, а в более богатых медистых рудах - в 1,25. 1,67 раза. Эти данные хорошо коррелируются с результатами численного моделирования, выполненного в диссертации.

3. Производственные исследования с норильскими медно-никелевыми рудами подтвердили, высказанную в диссертации, целесообразность передислокации пунктов предконцентрации в подземное пространство рудников, что будет способствовать улучшению показателя сквозного извлечения металлов при обогащении руд. Для практического осуществления этой идеи в диссертации проработаны принципиальные технологические решения. Но для этого необходима определённая конструктивная доработка существующих сепараторов с целью их адаптирования к функционированию в условиях действующего рудника.

4. Не менее важная для ОАО «ГМК» Норильский никель» проблема повышения стабильности химического и минералогического состава рудного сырья, особенно при совместной разработке и обогащении разнокачественных руд. В этих условиях следует более интенсивно совершенствовать существующие технологии усреднения руд, возложив исполнение начальной части этого процесса на горнодобывающие производства. Для этого необходимо создание рудничных усреднительных комплексов, способных в 2.3 раза и более увеличить коэффициент усреднения добытой рудной массы, составляющий ныне порядка 1,7.1,9 по отношению к изменчивости показателя качества в рудном массиве.

5. Предлагаемая в работе концепция решения проблемы качества руд в норильских рудниках предполагает поэтапное внедрение технических, технологических и организационных решений в рамках общей системы управления качеством рудного сырья, что предопределяется различным состоянием минерально-сырьевой базы рудников и реальными темпами её ухудшения.

Предложенная в диссертации методика оценки экономической эффективности рудничной системы управления качеством руд и укрупнённые расчёты позволяют выявить общие зависимости изменения технологических и экономических результатов добычи и переработки руды при различном её качестве, а также дают возможность объективно оценить пределы повышения затрат в горнодобывающем производстве от повышения качества добытой рудной массы.

3. Установлено, что в условиях значительного обеднения запасов руд решение рудо-сырьевой проблемы на будущее должно в основном ориентироваться на дальнейшее совершенствование горнодобывающего производства, с возложением на него функций более глубокого формирования качества добытых руд. У рудников, при соответствующей модернизации их технологии, создаются определённые потенциальные и пока недоиспользуемые возможности для более эффективного формирования качества руды, в том числе путём повышения концентрации металлов и стабилизации состава добычи.

4. Доказано, вместе с тем, что кардинальное решение проблемы качества рудного сырья лишь за счёт отдельных рационализации внутри горнодобывающего и обогатительного производств не возможно. Для этого необходима определённая система действий технического, технологического и организационного характера по всему комплексу производств с интегральной оценкой их экономических результатов.

5. Установлено несоответствие современному производству известных способов повышения содержания металлов в добытой руде, осуществляемых за счёт селективной выемки и призабойной породоотборки в их традиционном виде, так как они вступая в противоречие с индустриальными технологиями добычи, тормозят темпы горных работ и сокращают степень использования мощности и рабочего ресурса дорогостоящего горного и транспортного оборудования. Более перспективный путь повышения массовой доли металлов в руде это -применение в рудниках процессов предконцентрации, основанных на рентгенорадиометрических средствах сепарации и экспресс-контроля качества добычи, что позволяет вдвое увеличить содержание компонентов и на 50% сократить добычу некондиционной рудо-породной массы. Разработана классификация, а также сформирован ряд типовых технологических схем горно-добычных работ с рентгенорадиометрической предкоцентрацией рудной массы.

6. Показано, что в отечественных рудниках имеются объективные условия для реального повышения коэффициента усреднения руд в 2.3 раза по сравнению с достигаемыми на практике результатами и, в первую очередь, в части снижения низкочастотных колебаний их качества. Благоприятствует этому сама технология подземной добычи с её многостадийными перемещениями рудной массы под действием взрыва, сил гравитации и с больших высот, а также неоднократными перегрузками. Введение в эти процессы, для которых характерны случайные результаты системного управления, способно превратить их в эффективно управляемую систему.

7. В диссертации разработана целостная научная и инженерная база системной модернизации внутрирудничного производства для эффективного управления качеством продукции. Эта база включает в себя - ряд классификаций, в том числе - способов управления качеством руд при подземной добыче, технологических схем предконцентрации и способов усреднения состава рудной массы; структуру и принципы формирования рудничной информационно-управляющей системы качества руд; методологию моделирования и обоснования основных параметров внутрирудничной предконцентрации и стабилизации качества рудной массы; типовые технологические схемы добычи руды, а также аналитический аппарат и ряд зависимостей, необходимых для обоснования параметров технологий и прогнозных оценок результатов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Кожиев, Хамби Хадзимурзович, Москва

1. Абдулкин А.А., Викторов М.Н. и др. Крупнопорционная сортировка оловянных руд // Цветные металлы. - 1984. - №10.

2. Абрамов В.Ф. Опыт разработки месторождений с подземным обогащением руд на зарубежных рудниках // Цветная металлургия. 1984. - №2.

3. Агошков М.И., Рыжов В.П., Гринёв P.M. Изменение качества руды в процессе выпуска и управления им при системах разработки с обрушением руды и вмещающих пород // Горный журнал. 1968. -№4,

4. Амирханов И.З. Разработка технологии и обоснование параметров взрывоселекции при очистной выемке и проведении подготовительных выработок. Канд. дисс. - МГИ, 1994.

5. Арсеньев С.П., Прудовский А.Д. Внутрикарьерное усреднение железных руд. -М.; Недра 1980.

6. Архипов О.А. Радиометрическая обогатимость руд при их разведке.- М; Недра, 1985.

7. Балдин А.С., Зернов Л.В., Лучин Н.А. и др. Результаты сепарации оловянных руд рентгенорадиометрическим способом // Цветные металлы 1981.-№12.

8. Бастан П.П., Азбель Е.И., Ключкин Е.И. Теория и практика усреднения руд. М.; Недра, 1979.

9. Бастан П.П., Волошин Н.Н., Усреднение руд на горно-обогатительных предприятиях. М.; Недра, 1981.

10. Ю.Богданович А.В., Буйнов П.И., Савраева С.В. Исследование возможности применения радиометрических методов обогащения для полиметаллических руд // Межведом, научные труды. Механобр, 1981.

11. Богуславский Э.И. Управление качеством руды. СПб, СГТГГИ, 2002.

12. Борисенко С.Г., Кармазин В.И. и др. Подземный горно-металлургический комбинат // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1980. -№1.

13. П.Большаков АЛО. Управление качеством руд на основе ядерно-физического опробования. М.; Недра, 1989.

14. М.Букринский В.А. Геометрия недр. М; Недра, 1985.

15. Богданов М.Н., Бойко С.В., Кожиев Х.Х. Влияние технологии подземной очистной выемки на стабильность качества добываемой руды. // Сб. трудов НГМК, 1987ё.

16. Бызов В.Ф. Управление качеством продукции карьеров. М.; Недра, 1991.

17. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.; Наука, 1964.

18. Веселов O.JI. Технология добычи некондиционных руд с радиометрической предконцентрацией рудной массы в выработанном пространстве. Канд. дисс. - МГГУ, 1993.

19. Грачёв Ф.Г. Управление качеством сырья на горнорудных предприятиях. М., Недра, 1977 г.

20. Гудков В.М., Васильев А.А., Николаев К.П. Прогноз и планирование качества полезного ископаемого. М.; Недра, 1976.

21. Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд. М.; Недра, 1986.

22. Игисинов Ж.Т. Обоснование параметров технологии внутрипанельной стабилизации качества рудной массы. Канд. дисс. - МГГУ, 1995.

23. Кавтаськин А.А. Научные основы повышения полноты и эффективности разработки рудных месторождений при применении рудоподготовки. -Докт. дисс. ИПКОН, 1992.

24. Каплунов Д.Р., Ломоносов Г.Г. Основные проблемы освоения недр при подземной разработке рудных месторождений // Горный журнал. 1999. -№1.

25. Каплунов Д.Р., Манилов И.А. Стабилизация качества руды при подземной добыче. М.; Недра, 1983.

26. Каплунов Д.Р., Жиганов Е.В., Жовтис Е.А. и др. Методические положенияпо стабилизации^сачества добываемого сырья при подземной разработке У рудных месторождений. Алма-Ата; Изд. ИГД РК, 1992.

27. Кожиев Х.Х., Сабанов Н.А. Рудник «Комсомольский»: становление и развитие // Горный журнал. 2001.- №2.

28. ЗГКожиев Х.Х., Влияние технологии подземной очистной выемки на стабильность качества добываемой руды // Сб. тр.; Разработка руд цветных металлов. Норильск, 1987.

29. Кожиев Х.Х., Ломоносов Г.Г. Рудничные системы управления качеством минерального сырья. М.; Изд. МГГУ, 2005.

30. Кожиев Х.Х. Разработка месторождений на больших глубинах. Изд. НИИ, 1991.

31. Кожиев Х.Х., Сабанов Н.А. Рудник «Комсомольский»: становление и развитие // Горный журнал. 2001. - №2.

32. Кожиев Х.Х., Янишевский А.А. Технология разработки рудных месторождений. Изд. НИИ, 1995.

33. Кожиев Х.Х. Перспективы развития рудников ОАО «ГМК» Норильский никель». // Сб. докладов научно-технической конференции. Изд. НИИ. 2001.

34. Кожиев Х.Х. О перспективах развития горных предприятий Р.У. «Талнахское». // Сб. докладов. Изд. НИИ. 2003.

35. Кожиев Х.Х. Пути повышения товарной ценности руд в современных условиях. // Горный журнал. 2005. - №8.

36. Кожиев Х.Х. Основные положения управления качеством руд. // Сб. трудов НИИ. 2004.

37. Кожиев Х.Х. Классификация способов управления качеством руд при подземной добыче. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. - №8.

38. Кожиев Х.Х. Моделирование предконцентрации рудной массы. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005 г. - №12.

39. А.с. № 1335702 "Способ разработки руды камерно-целиковой системой".

40. Бойко С.В., Бадаев В.Ю., Кожиев Х.Х., Липчанский Б.М., Богданов М.Н. 1987. - Б.И. - № 33.

41. А.с. № 1362828 "Способ разработки рудных тел с прослоями". Арбатских

42. А.А., Кожиев Х.Х., Сабанов Н.А., Бойко С.В. Б.И. -1987. - № 48.

43. А.с. № 1423750 "Способ разработки рудных тел". Кожиев Х.Х., Малетин

44. Л.В., Слупчук В.В., Коротков Ю.В. Б.И. - 1989. - № 8.

45. Леман Е.П. Рентгенорадиометрический метод опробования месторождений цветных и редких металлов. Л.; Недра, 1978.

46. Лилеев В.А., Зверев В.В., Гулин Е.Н. Радиорезонансная сепарация медно-никелевых руд // Цветные металлы. 1978. - №1.

47. Лилеев В.А., Зверев В.В., Гулин Е.Н. и др. Предварительная рудоподготовка медно-никелевых руд методом радиометрической сепарации. // В сб.: Комбинированные методы переработки медно-никелевых руд. М.; Наука.

48. Ломоносов Г.Г. Повышение качества продукции отечественного горнорудного производства как основа повышения её конкурентоспособности // Горный журнал. 2004. - №10.

49. Ломоносов Г.Г. Горная квалиметрия. М.; Изд. МГГУ, 2000.

50. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руды при открытой добыче. М.; Недра, 1975.

51. Ломоносов Г.Г. Управление качеством продукции горного предприятия. -М.; Изд. МГИ. Часть 1 - 1984., Часть 2 - 1985.

52. Ломоносов Г.Г., Жигалов М.Л., Основные принципы управления качеством руд на подземных рудниках // Горный журнал. 1991. - №2.

53. Ломоносов Г.Г. Основные проблемы подземных рудников и концепция их технического перевооружения // Горный журнал. 1997. - №7.

54. Ломоносов Г.Г., Кожиев Х.Х. Об актуальности модернизации внутрирудничной системы управления качеством добычи руд // Маркшейдерский вестник. 2005. - №2.

55. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.; Мир, 1971.

56. Мейер В.А., Иванюкович Г.А. Рентгенорадиометрические методы управления качеством руд. JL; Изд. ЛГУ, 1989.

57. Мокроусов В.А., Лилеев В.А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М.; Недра, 1979.

58. Мокроусов В.А., Соколов Э.Г., Ермоленко В.И. и др. Рентгенорадиометрическая сепарация оловоносных скарнов // Цветные металлы. 1982. - № 11.

59. Панфилов Е.И., Арзуманян С.С. Взрывосортировка при разработке пологих жил. М.; Изд. ИПКОН, 1983.

60. Певзнер М.Е., Попов В.Н. Квалиметрия недр новое направление в горных науках // Горный информационно-аналитический бюллетень. -1999.-№5.

61. Пейхель Г.В. Исследование влияния природных и технологических факторов на усреднение качества руд (на примере Миргалимсайского месторождения). Канд. дисс. - ВЗПИ, 1975.

62. Пеньковский И.В. Формирование качества рудной массы при подземной разработке месторождений разнотипных руд. Канд дисс. - МГИ, 1993.

63. Пономарёв Л.Ф., Реуцкий Ю.В. Автоматизированная система управления качеством руд с применением радиометрического контроля содержания металлов // Горный журнал. 1987. - №1.

64. Птицын A.M., Дюдин Ю.К., Синдаровский А.Н., Руднев Б.П. Оценкаперспектив развития горно-металлургической базы ряда металлов в

65. СС.'иС||.;1Л i-V'Ap. ' i У U*tv.акчкоп М.Д. Обоснование нараме'1Г.ок гйх»»п!юп*и радиол'--"'•<•:• г -.•-СС •• МГИ. 1993. ископаемых. М.; Атомиздат, Ь'74.

66. Ципин Е.Ф., Комлев С.Г., Потапов В.Я. О целесообразности предварительного обогащения медных и медно-цинковых руд // Сб. научных трудов УНИПромедь, 1996.

67. Чжу Син Гень Обоснование параметров подземной усреднительной системы.- Канд. дисс. МГГУ, 1994.

68. Шемякин B.C., Федяев Ф.Ф., Останин О.В., Макаров Т.В. О возможности обогащения бокситов ЮУБРа методом фотометрической сепарации. Известия вузов. Цветная металлургия. - 1982.- №3.

69. Шестаков В. А. Управление качеством продукции на горных предприятиях. Новочеркасск; Изд. НПИ, 2001.

Информация о работе

Кожиев, Хамби Хадзимурзович
доктора технических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.22

Диссертация

Научное и технологическое обоснование системы управления качеством руд при подземной добыче - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы