Обоснование параметров технологии переработки на щебень вскрышных пород железорудных месторождений

Кукин, Алексей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование параметров технологии переработки на щебень вскрышных пород железорудных месторождений
ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров технологии переработки на щебень вскрышных пород железорудных месторождений"

На правах рукописи

00501858&

КУКИН АЛЕКСЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

Обоснование параметров технологии переработки на щебень вскрышных пород железорудных месторождений

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»;

специальность 25.00.22 - « Геотехнология (подземная, открытая и

строительная)»

Автореферат диссертации на соискаиие ученой степени кандидата технических наук

1 2 ДПР

Москва 2012

005018585

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет», кафедра «Обогащение полезных ископаемых»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Юшина Татьяна Ивановна

Научный консультант: доктор технических наук

Кононенко Евгений Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Защита диссертации состоится 24 апреля 2012 г. в часов на заседании диссертационного совета Д- 212.128. 08 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Морозов Валерий Валентинович;

доктор технических наук, профессор Деревяшкин Игорь Владимирович

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский

институт проблем Курской магнитной аномалии имени Л.Ф. Шевякова»

Автореферат разослан 23 марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Спрос на строительные материалы в условиях рыночной экономики обусловливает необходимость комплексного и рационального использования минеральных ресурсов. При добыче полезных ископаемых разрабатывают миллионы кубических метров вскрышных горных пород, потребительские свойства которых позволяют их использовать в народном хозяйстве. В регионе Курской магнитной аномалии (КМА), характеризующемся наличием высокоплодородных почв, сложилась напряженная ситуация со складированием вскрышных пород и хвостов обогащения из-за дефицита земельных площадей. При этом производство и реализация товарной продукции из этого вида сырья является важным направлением деятельности горнодобывающих предприятий, позволяющим снизить затраты непосредственно на добычу полезного ископаемого, на отвалообразование, рекультивацию нарушенных земель и в целом повысить эффективность использования ресурсов недр. Основными направлениями повышения эффективности комплексного использования ресурсов при разработке вскрышных пород на месторождениях КМА являются совершенствование технологии на основе оптимизации параметров производственных процессов для сокращения затрат, внедрение передовых способов переработки данного вида сырья, повышение качества продукции и увеличения доходности.

В этой связи задача повышения эффективности комплексного освоения ресурсов недр при переработке вскрышных пород с целью изготовления из них товарной продукции - щебня является весьма актуальной.

Цель работы - повышение эффективности производства щебня из вскрышных пород путём оптимизации технологических параметров.

Идея диссертации - использование величины средневзвешенного размера куска взорванной горной массы (dep.) в качестве основного критерия оптимизации параметров технологии производства щебня.

Методы исследований. Анализ литературных данных по существующему состоянию теоретических и экспериментальных исследований; математическая статистика при обосновании достоверности результатов

экспериментальных исследований гранулометрического состава дробленых пород и физико-механических свойств разрабатываемых пород; натурные и лабораторные исследования процесса взрывания и механического дробления горных пород; физическое моделирование, теория подобия и размерностей при определении математических зависимостей, описывающих процесс измельчения; технико-экономический анализ и экономико-математическое моделирование при оптимизации параметров исследуемой технологии.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Установленные зависимости, определяющие взаимовлияние гранулометрического состава взорванной горной массы и параметров буровзрывных работ (удельный расход взрывчатого вещества, диаметр, глубина и сетка скважин и др.), позволяют производить оптимизацию технологических процессов переработки вскрышных пород на щебень железорудных месторождений.

2. Установленные математические зависимости гранулометрического состава продукта дробления роторной дробилки ударного действия от средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы, их физико-механических свойств, режимов ударного механического дробления позволяют управлять выходом товарных фракций щебня.

3. Разработанный алгоритм оптимизации параметров малооперационной технологии переработки вскрышных пород на щебень с одпостадиальным дроблением позволяет обеспечить эффективное управление производственным процессом получения товарной продукции с требуемыми потребительскими качествами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются использованием комплекса современных методов теоретических исследований, экономико-математического моделирования и обработки результатов исследований; удовлетворительной сходимостью результатов расчета гранулометрического состава дробленых пород по установленным зависимостям и определённого в процессе эксперимента.

Научное значение работы состоит в установлении закономерной взаимосвязи между параметрами процессов взрывного и механического

дробления вскрышных пород и гранулометрическим составом полученного щебня.

Практическая значимость работы заключается в разработке методики определения гранулометрического состава продукта дробления роторной дробилки ударного действия в зависимости от физико-механических свойств пород, режима дробления и средневзвешенного размера кусков исходной горной массы, основанной на аналитическом определении характерных точек кривой гранулометрического состава; в повышении эффективности производства щебня из вскрышных пород путём оптимизации технологических параметров.

Реализация результатов работы. Методика определения гранулометрического состава продукта дробления роторной дробилки ударного действия, принципы оптимизации параметров технологии производства щебня из вскрышных пород и рекомендации диссертационной работы приняты ОАО «Лебединский ГОК» для совершенствования технологии и повышения эффективности освоения ресурсов недр.

Личный вклад автора заключается в:

- установлении новых зависимостей, определяющих взаимосвязь между гранулометрическим составом взорванной горной массы и параметрами буровзрывных работ (удельный расход взрывчатого вещества, диаметр, глубина и сетка скважин и др.), производительностью экскаваторов, карьерного автотранспорта и дробильного оборудования.

- разработке аналитического метода определения гранулометрического состава продукта дробления в роторной дробилке в зависимости от физико-механических свойств пород, режима дробления и средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы;

- разработке принципов и алгоритма оптимизации параметров малооперационной технологии переработки вскрышных пород на щебень с одностадийным дроблением, основанных на использовании в качестве основного критерия оптимизации величины средневзвешенного размера куска взорванной горной массы (dep.), которые обеспечивают высокое качество продукции при минимальных издержках производства.

- в установлении математических зависимостей для определения взаимосвязи между выходом товарных фракций щебня при дроблении в роторной дробилке и средневзвешенном размером кусков взорванной горной массы, обусловленных их физико-механическими свойствами и режимом дробления.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «Неделя горняка» (Москва, 2007, 2009, 2010 гг.), Уральский международный экологический конгресс «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов» (Екатеринбург, 2007 г.), на научном семинаре кафедры «Технология, механизация и организация открытых горных работ» Московского государственного горного университета в 2008 - 2011 гг. и на кафедре « Обогащение полезных ископаемых» в 2011 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах, из них 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит библиографический список из 121 наименования, 41 рисунок, 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации выполнен обзор и анализ литературы по вопросам существующей сырьевой базы.

Вопросам комплексного использования вскрышных пород, в том числе с использованием технологий взрывного и механического дробления, посвящены исследования многих выдающихся ученых, таких как академики В.В.Ржевский, Н.В.Мельников ,К.Н.Трубецкой, а также JI.A. Вайсберг, A.B. Бароненков, Ю.И. Беляков , А.Т. Калашников, С.Е.Андреев, В.П. Барабашкин и др.

Крупнейшее железорудное предприятие в регионе КМА - ОАО «Лебединский горно-обогатительный комбинат» (JITOK) ежегодно вырабатывает около 30 млн. м3 скальных вскрышных пород. Из них не менее 30% пригодны для производства щебня, а реально используется для получения щебня всего 1,5 - 1,7 млн. м3, остальной объем скальной вскрыши укладывается в отвал. В настоящее время для производства щебня используются

метаморфические и осадочные горные породы нерудной и вмещающей толщи -кварцитопесчаники, кварцевые порфиры и кристаллические сланцы. Марка по дробимости 800-1200. При существующей технологии переработки содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы 30 - 50 % (4 - 5 группа щебня).

До настоящего времени параметры технологии проведения вскрышных работ не учитывали требований дальнейшего передела. Вместе с тем комплексы по производству щебня проектируются металлоемкими, а технологические схемы предполагают трехстадиалыюе дробление, в результате чего затраты на переработку пород значительно возрастают. Следовательно, оптимизация производственных процессов при разработке пород вскрыши и снижение затрат на производство щебня является актуальной научно-практической задачей, решение которой позволяет существенно повысить полноту освоения ресурсов недр, сократить площадь отчуждаемых под отвалы земель, обеспечить высокую экономическую эффективность и улучшить экологическую ситуацию в регионе. Для этого в работе были поставлены и решены следующие задачи исследований:

- анализ современного состояния производства щебня;

- исследование закономерности формирования гранулометрического состава горных пород при проведении буровзрывных работ и его влияние на эффективность процессов экскавации, транспортирования и механического дробления;

- исследование закономерности выхода щебня при применении роторной дробилки;

- обоснование мало операционной технологии переработки на щебень вскрышных пород с одностадиальным дроблением;

- рекомендации по выбору оптимальных параметров технологии производства щебня из вскрышных пород в условиях ОАО «Лебединский ГОК».

В качестве объекта исследований была выбрана технология производства щебня в условиях ОАО «Лебединский ГОК».

Вторая глава диссертации посвящена исследованию закономерностей формирования гранулометрического состава взорванных горных пород.

Разработка пород, являющихся сырьём для производства щебня, осуществляется так же, как и разработка вскрышных пород, которые укладываются в отвал. После буровзрывной подготовки экскаваторы ЭКГ-10 грузят породу в автосамосвалы БелАЗ-7547, которые осуществляющих её перевозку к дробилыю-сортировочному комплексу. Следовательно, первым этапом производства щебня из вскрышных пород является процесс буровзрывного рыхления и от гранулометрического состава взорванных горных пород во многом зависит эффективность всех основных процессов добычи и переработки сырья, прежде всего механического дробления. Для установления закономерности взаимовлияния гранулометрического состава взорванной горной массы и параметров БВР произведём анализ динамики изменения средневзвешенного размера кусков как критерия эффективности данной технологии.

В соответствии с методикой В.В. Ржевского для конкретных горнотехнических условий определена величина проектного удельного расхода взрывчатых веществ (ВВ) по выражению:

Чп = ЧэКВПКдКс1<трК„пКу , г/м3 , (1)

где цэ - эталонный удельный расход взрывчатых веществ, г/м3

Чэ = 0,2( (г сж+ а Сд„ + «т р) + 0,002 % , г/м3, (2)

где сгсж- предел прочности при одноосном сжатии, МПа; <тсдп- предел прочности при сдвиге, МПа; а р - предел прочности на растяжение, МПа; у -плотность разрабатываемых пород, кг/м3; Квв - переводной коэффициент от эталонного взрывчатого вещества к используемому;^ - коэффициент, учитывающий требуемую степень дробления породы (Кд = 0,5/с!ср);Ксз -коэффициент, учитывающий степень сосредоточения заряда; Ктр-коэффициент, учитывающий трещиноватость массива (Ктр = 1,2 ■/ + 0,2), где 1ср - величина размера средней естественной отдельности; Коп коэффициент, учитывающий количество обнаженных поверхностей на

уступе при взрыве; К - коэффициент, учитывающий влияние высоты уступа (Ку=Ну/15), где Ну - высота разрабатываемого уступа.

Определив проектный удельный расход ВВ для конкретных условий карьера, рассчитываются все основные параметры БВР и кусковатость взорванной горной массы:

где (1„р - прогнозируемое ожидание размера куска взорванной горной массы, т/м; /=/.65*1т/^ср- показатель эффективности взрывного дробления; д„р-соответственно удельные энергозатраты эталонного и проектируемого взрыва, кДж/м3; 1¥зт, 1¥„р- соответственно ЛНС эталонного и проектируемого взрыва, м; д - удельный расход взрывчатого вещества, кг/м3;£> -диаметр скважины, м; 1зар-длина заряда, м; р - плотность заряжания, кг/м3; 5 - площадь поперечного сечения блока, м2; ¡: - удельная теплота взрыва, ккал; 427 -механический эквивалент энергии.

На основании расчёта параметров БВР установлены зависимости изменения средневзвешенного размера кусков взорванных горных пород от предела прочности при сжатии, диаметра скважинного заряда при различной величины средней естественной отдельности в массиве, а также изменения удельного расхода взрывчатого вещества (<]вв) в зависимости от диаметра скважины (<1скву - при различных значениях сетки скважин и высоты уступа (рис. 1).

Результат расчёта параметров БВР и средневзвешенного размера куска взорванной горной массы представлен в табл. 1.В таблице приведён расчет ожидаемого размера куска взорванной горной массы при различных данных объема взрываемого блока и проектного удельного расхода ВВ.

В третьей главе диссертации изложены результаты исследований закономерностей формирования гранулометрического состава при применении роторной дробилки. Их применение позволяет реализовать одностадийное

(3)

;г/м3

механическое дробление кристаллических сланцев. При этом обеспечивается повышение качества готовой продукции - кубовидность щебня.

' * \ \ , ч

>ч V; э

Ч:: .га г 71 \ - V1 " \ ч 53

I Г.ГЧ " - N К;..

-1— (1,.

б)

- /

~/7 УГ

Рис.1. Графики зависимостей с!ср от основных параметров буровзрывных работ:

а) графики зависимости дввотс!срщт разной величины средней естественной отдельности в массиве и различных пределах прочности на сжатие асж, б) графики зависимости <7явотс/ск(!при высоте уступа Ну = 15 м и различных сетках скважин; в) графики зависимости (1сттс1срч\п\ различных значениях 1ср, различных значениях коэффициента заполнения скважин Ктп

Таблица 1

Основные параметры буровзрывных работ и размеры (1ср

(Ну= 15 м,сгсж= 270 МПа, диаметр скважины 0,25 м, длина заряда-10,5 м, плотность заряжания 0,9 кг/ м3)

Линия наименьшего сопротивления, м Расстояние между скважинами, м Расстояние между рядами скважин, м Удельный расход взрывчатого вещества, кг/м3 Средневзве шенпый размер куска взорванной горной массы, м

4,0 4,4 5,2 3,2 0,30

4,40 5,0 6,0 3,0 0,35

5,0 5,5 6,5 2,5 0,40

5,5 6,0 7,2 2,1 0,50

6,0 6,5 7,8 1,98 0,55

6,60 7,0 8,5 1,5 0,65

7 7,6 9,2 1,4 0,75

7,7 8,2 10,0 1,2 0,85

8,2 8,7 10,5 1,0 0,9

8,8 9,3 11,2 0,8 1,00

9,3 9,8 11,8 0,72 1,10

10 10,5 12,5 0,6 1,20

10,5 10,8 13,2 0,52 1,35

Однако хорошо известно, что высокая степень дробления в роторных дробилках (позволяющая осуществить процесс дробления в одну стадию) приводит, с одной стороны, к сравнительно большому выходу мелких фракций, а с другой - к интенсивному износу бил. Эти факторы были учтены при анализе исследуемой технологии.

В настоящее время гранулометрический состав горных пород после их измельчения в роторной дробилке принято определять по типовым кривым в зависимости от прочностных свойств пород и режима дробления.

Нами предлагается применительно к роторной дробилке методика построения кривой зернового состава продукта дробления, основанная на аналитическом расчете ее характерных точек (рис. 2).

За максимальный размер кусков, находящихся в продукте дробления, была принята величина (15 - размер ячеек сита, суммарный остаток на котором составляет 5% от общего объема дробленой породы.

5 (7) 20 40 ilea d:

Размер ячеек сита, d мм

Рис. 2. Кривая гранулометрического состава дробленых пород

Вторая характерная точка имеет следующие координаты: dc„ -средневзвешенный размер кусков продукта дробления и RdCB - процентный остаток на сите с размером ячеек равным величине dCB. Величина dCB определяет производительность и срок службы бил роторной дробилки.

Третьей характерной точкой кривой гранулометрического состава продукта дробления является R7 - остаток на сите с размером ячеек 7 мм. Выход фракции 0-7 мм позволяет рассчитать затраты энергии при дроблении в роторных дробилках.

Следующей — четвёртой характерной точкой является самая верхняя точка на оси ординат. Эта точка обусловлена принципом построения кривой гранулометрического состава, а именно: суммарный остаток на сите с размером ячеек равным нулю составляет 100% всей массы зерновой смеси.

В том случае, когда целью определения гранулометрического состава пород после их измельчения в роторной дробилке является расчет выхода гравия соответствующих фракций, на кривой должны дополнительно присутствовать точки (5, 6 и 7): R5, R2o и R40 - остаток на сите с размером ячеек соответственно 5,20 и 40 мм.

Для установления математических зависимостей, определяющих величины Rs, R2o и R40, воспользуемся результатами эксперимента по исследованию процесса измельчения различных горных пород в роторной дробилке.

В процессе экспериментальных исследований производилось дробление отдельных проб горных пород при различных режимах дробления. Устанавливались: средний размер кусков горных пород, поступающих на дробление; их физико-механические свойства и гранулометрический состав после дробления.

На основании теории размерностей и в соответствии с я-теоремой Бакингема произведена обработка экспериментальных данных. Установлены зависимости, необходимые для аналитического расчёта выхода товарных фракций щебня.

В соответствии с принятым методом построения кривой гранулометрического состава были установлены зависимости изменения всех искомых величин:

. .0,143

я5= 53,65 —^—Л .%.

\уахЦ0х1/ (4)

График данной зависимости представлен на рис.З(а). Величина среднеквадратического отклонения 4,88%, коэффициент вариации 7,89

Аналогичным методом была установлена зависимость

4 ^Р (5)

График этой зависимости представлен на рис. 3(6). Достоверность формулы характеризуется величиной среднеквадратического отклонения 5,64%, а коэффициент вариации составляет 11,84%.

Величина Лад, полученная как функция остатка на сите 5,имеет величину среднеквадратического отклонения - 5,40%, коэффициент вариации 7,89%.График зависимости представлен на рис. 3 (в).

13.40=21.75(Я5)0'375 (6)

Таким образом, установленные зависимости для построения кривой гранулометрического состава дробленых в роторной дробилке пород, позволяют определить выход товарных фракций (крупностью 5 - 20, 20 - 40,4080) щебня в зависимости от режима работы дробилки, физико-механических свойств пород и размера кусков исходной горной массы.

а)

Г,1>

б)

в)

О," в,« 0,9 1.0

1,1 1.3 ¡,4 1.5

'б

1.9

1,Х

1,7 1,6 1.5

1.0 1.1 I.

7А>

• Г •--Г

'1 * 1 1 г1,75<к,)аз-и

К.т=

1.3 1.-1 1.5

Рис. 3. График зависимости остатка на сите : а) с размером ячеек 5 мм, с размером ячеек 20 мм, с размером ячеек 40 мм

Теперь появляется возможность, задавшись режимом дробления и физико-механическими свойствами дробимых пород, рассчитать производительность роторной дробилки на основании установленных зависимостей, определить выход товарных фракций.

В четвертой главе диссертации изложены результаты исследования влияния гранулометрического состава взорванной горной массы на технологические параметры производства щебня из вскрышных пород ОАО «Лебединский ГОК» по предлагаемой малооперационной технологии с одностадиальным дроблением.

Кусковатость взорванной горной массы оказывает влияние на величину коэффициента экскавации и времени цикла, чем определяет производительность выемочно - погрузочного оборудования и величину затрат. Кроме того, гранулометрический состав взорванной горной массы необходимо учитывать при формировании дробильно-сортировочной фабрики (установки).

Для определения коэффициента экскавации была получена зависимость:

К. =

11 _

6,5'^,, „

1,18 х е Е1,2

.0)

0,75 х КГЁ

е + 1,35

где Е - ёмкость ковша; Кразр - коэффициент разрыхления; Кн - коэффициент наполнения в ковше и Кэ -коэффициент экскавации.

Это уроавнение было использовано для преобразования формулы производительности экскаватора в зависимости от величины с!ср):

3600х£х1,18хе Е'л

Ожс~

67С

Е 0,1 Ш+0,6

(35Д+0,42£2)ЭД/?:

-+3

, (8)

0,7

Графические зависимости изменения указанных параметров от величины с1ср представлены на рис. 4: ,

О 0.1 0.2 0.3 0,4 0,5 0,6 0.7 0.S 0.9 1 1,1 1,2 1,3 1.4 1,5 1.6 1.7 Средний диаметр куска порол, м

Рис.4. Производительность ЭКГ-10, Кразр, Кн иКэв зависимости от с!ср

Аналогичный подход позволяет выразить коэффициент использования грузоподъёмности автосамосвала и коэффициент разрыхления породы в кузове в зависимости от средневзвешенного размера куска взорванной горной массы:

т. Vaxy Vaxy

Kq = —

Кр.а х qa j2 ,—(9)

UCP.p о 56xW i т с

0,75 xllVa1

где Va - геометрическая емкость кузова автосамосвала, (19м3);

Кр.а. - коэффициент разрыхления породы в кузове автосамосвала; Kq - коэффициент использования грузоподъёмности автосамосвала;

аср o,56*vКо2 , П{

Кр.а~-7r=f е +1.35 (10)

0,75 XV Fa

Установленные зависимости позволяют определить производительность автосамосвалов и их количество для обеспечения работы экскаватора при различном расстоянии транспортирования до установки по переработке вскрышных пород на щебень. На рис, 5 приведены графические зависимости изменения производительности автосамосвала БелАЗ-7547 и указанных коэффициентов от величины dep.

С редний диаметр куска пород, и —-—уН Кразр ........ " Kq 111 *......Qa-'c

Рис.5. График производительности БелАЗ-7547, Кразр, Kqn ун в зависимости от dep.

Для установления влияния гранулометрического состава взорванных горных пород на производительность дробильного оборудования использована методика, изложенная в ГОСТ 12375-70 «Дробилки однороторные крупного дробления.Технические условия». После преобразования формулы для расчёта производительности роторной дробилки с учётом горнотехнических условий её работы были выполнены расчёты для различных режимов. На рис.6 приведены результаты расчёта производительности роторной дробилки при дроблении кристаллических сланцев. Величина скорости вращения ротора дробилки Vp составляет 20, 26.5 и 36 м/с, а выходная щель S2= 50 мм:

В пятой главе работы разработаны принципы и осуществлена оптимизация технологии производства щебня из вскрышных пород для условий карьера ОАО «Лебединский ГОК». Принцип оптимизации заключается в том, что, приняв в качестве критерия оптимизации средневзвешенный диаметр куска взорванной горной массы, возможно выразить в зависимости от её величины суммарные удельные эксплуатационные и капитальные затраты по всем процессам и определить значение параметров технологии, обеспечивающих

эффективное управление производственным процессом получения товарной продукции с требуемыми потребительскими качествами.

Размер средневзвешенного куска пород, мм

♦ Протвод1ггечьностьдроб1шЮ1Пр11Ур=20м/с. 81-250мм.82=50ыы,тгч ■ Прошводнтельностьдробшкнпрп \-р=26,5м/с.81-250мм,82=50мм, т ч Прогавод1ггельностьдробшга1прн\;р=36м»'с, 81-250мм.82=50мм,и'ч -ПрошвоД1ггельность карьера, т/ч

Рис.6. Зависимость производительности роторной дробилки(ДРК- 20*16) от средневзвешенного диаметра куска взорванной горной породы и

режима дробления.

Технологическая схема дробильно-сортировочной установки, принятая к исследованию, представлена на рис.7.

Для расчёта вариантов, в соответствии с принятым принципом оптимизации, был разработан алгоритм, укрупнённая блок-схема которого приведена на рис. 8.

В результате расчёта затрат на процессы буровзрывной подготовки к выемке, экскавацию, транспортирование и механическое дробление в зависимости от величины ёср при различных режимах дробления для условий

Узел дробления

Узел сортировки

Склад готовой

1 Кетвчскис Наименование км с

1 148-120 Пжяедыешный

г 10050-80 ^яокиголад^Ш

3 1-12-300 Й*&ш ргинзя

ч Зикшюткг

5 ¡2080-160 (ммйержипмыда

6 ГИТ-52 Гида

? 10050-20 Ксн^'чр.-вд-фиаЖЗ

8 12080-160 Ки-мйс дасотиниК'!

9 ГИСТ-72 Грохот

Ш 10063-100

и 10063-100

1; 10063-100

13 10063-100

Рис. 7. Дробильно-сортировочная установка с одностадийным дроблением пород с применением роторной дроилки (ДРК- 20*16).

карьера ОАО «Лебединский ГОК» были построены графические зависимости изменения удельных капитальных и эксплуатационных затрат (рис. 9), что позволило суммарные затраты на реализацию данной технологии.

Как видно из рис. 9, для условий карьера ОАО «Лебединский ГОК», когда для производства щебня используются кристаллические сланцы, рекомендуются следующие параметры процессов исследуемой технологии: средневзвешенный диаметр - 400 мм; режим дробления - скорость вращения ротора 20 м/с, а зазоры между билами и отражательными плитами 50 мм и 120 мм, что определяет часовую производительность 770 т/ч и обеспечивает минимум суммарных затрат на производство щебня.

Начало

Ввод исходных данных: Е. Ра Ну, (Траст., у°и Т-Д-

Определяем производительность экскаватора

Збоо' /•:»и« * с |1Л

Му к ( 1(з5/1 + 0,42/-:2)'" /!2 К *0,11£+0,6 1 Е

,е о.'бУ/1 + 1>3

},75л/ Ег

Расчет Сэ =Г((1ср), и Кэ=^ср),

Определяем производительность карьерного автотранспорта

Уа*у

к,-*?*-»---

Кра'ча _ (_

■135«до

Построение графической зависимости X О^ср), и£К=Г(с1ср)

Расчет выхода щебня и прибыли щебня от реализации щебня

Определение

оптимальных 20

параметров техн

С|вв, сетка скважин еккв,

Е. Ра Vp.Sl.S2

Расчет

0,1«

КГ. X Дп X1/

Вывод результатов

Расчет

>1 "р

конец

Я40=21.75(1*5)°"

Расчет производительности дробилки

Выбор режима лроблеиия:

Vp.Sl.S2

Расчет С=Г(с1ср), и К=ВДср)

Рис. 8.. Блок - схема укрупнённого алгоритма оптимизации параметров технологии переработки вскрышных пород на щебень (при производстве щебня

на роторной дробилке)

у = 0,062х- 1,120x4- 96,79

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 Размер средневзвешенного куски пород,мм —ф—Удельные кап пильные затраты бурового комплекса —Уд еп ьны е каш па льны е затраты выемочно-погрузочного комтлекса -^—Удеаьньлекапнтальные затраты транспортного комплекса —г^-Удеиьныекш тшимы с за фаш дроб] шьно-сор шр он очною ком! шекса

б)

а зоо.оо

Л лоо.оо

£ £ 100-00 8 50.00

Ьн

0.00

ЗОО 350 400 450 500 550 600 650 700 750 300 850 900 950 Размер средневзвешенного куска пород, мм —Ф—-Удельные эксплуатационные затраты бу р о в о г о комплекса —Ш—Удельныеэкстуатацнонные затраты взрывного комплекса —й—Удельныеэксплуптациотые затраты выемочно-погру ?очногокомплекс а —*—Удельныеэксплу атацпонные -закаты транспортного комплекса —*—Удельныеэксптуатацнонные -затраты др оСильно-сорп цзовочного комплекса

Рис. 9. Зависимости суммарных удельных затрат на производство щебня от размера средневзвешенного куска: а) эксплуатационные затраты; б) капитальные затраты

В результате расчётов коэффициента эффективности производства щебня также подтверждено, что оптимальными границами интервалов средневзвешенных размеров кусков породы являются размеры от 0,35 м до 0,45 м (см рис. 9).

Заключительный раздел главы содержит рекомендации по выбору оптимальных параметров технологии производства щебня из вскрышных пород для условий карьера ОАО «Лебединский ГОК», которые были приняты на техническом совете комбината.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи повышения эффективности производства щебня из вскрышных пород железорудных месторождений путём оптимизации технологических параметров на основании установленных закономерностей изменения их гранулометрического состава, включая возможность применения одностадийного измельчения с дробилками ударного действия, что вносит существенный вклад в теорию и практику обогащения полезных ископаемых и открытой геотехнологии.

Основные результаты, выводы и рекомендации, полученные лично автором при выполнении исследований, заключаются в следующем:

1. На основании установленных зависимостей изменения производительности основного оборудования от величины средневзвешенного размера кусков взорванной горной породы путем выбора основных параметров буровзрывных работ (удельного расхода ВВ, диаметра и сетки скважин) и режимов механического дробления вскрышных пород (81,82 - зазоры (щель) между билами и отражательными билами и Ур - скорость вращения ротора) осуществлена оптимизация затрат на производство щебня и определены основные параметры исследуемой технологии.

2. На основании методов физического моделирования процесса дробления пород в роторной дробилке крупного дробления с применением теории подобия и размерностей определены математические зависимости расчета выхода товарных фракций щебня от средневзвешенного размера кусков взорванных вскрышных пород, их физико-механических свойств и режима дробления.

3. Использование величины средневзвешенного размера куска взорванной горной массы (dep.) в качестве основного критерия оптимизации параметров технологии производства щебня позволяет выразить эффективность каждого из процессов, суммировать все затраты и определить технологические параметры процессов, обеспечивающих минимум суммарных затрат.

4. Разработан метод и алгоритм оптимизации параметров технологии для производства щебня из вскрышных пород с использованием роторных дробилок крупного дробления, основанные на эффективном управлении производственным процессом получения товарной продукции с требуемыми потребительскими качествами путем перебора основных параметров технологии и режимов работы оборудования.

5. Методика определения гранулометрического состава продукта дробления в роторной дробилке ударного действия в зависимости от физико-механических свойств пород, режима дробления и средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы, основанная на аналитическом определении характерных точек кривой гранулометрического состава, и рекомендации диссертационной работы приняты к реализации на карьере ОАО «Лебединский ГОК».

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Кукин A.B. О производстве щебня из вскрышных пород// Горный информационно- аналитический бюллетень,- 2007,- №7,- С.263-267.

2 Кукин A.B. Принципы оптимизации параметров технологии разработки вскрышной породы с учётом последующего её дробления на щебень //Горный информационно-аналитический бюллетень,- 2009.-№1,- С.221-223.

3 .Кукин A.B. О производстве щебня из вскрышных пород// материалы второго Уральского международного экологического конгресса «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов». Том 1.- 2007.-С.329-334.

4 Кононенко Е.А., Кукин A.B. Оптимизация параметров технологии производства щебня из вскрышных пород в условиях Лебединского горнообогатительного комбината // Горно-аналитический бюллетень.-2011,-№12. -С.80-85.

5 Юшина Т.И., Кукин A.B. Обоснование применения роторных дробилок для производства щебня из скальной вскрыши. // Горноаналитический бюллетень.-2012.-№1. - С.146-154.

6 Кононенко Е.А., Кукин A.B. Производство щебня из вскрышных пород на карьере Лебединского ГОКа // Рациональное освоение недр.-2011.-№6. - С.44-50.

7. Юшина Т.И., Кукин A.B. Оптимизация затрат производства щебня из вскрышных пород в условиях Лебединского горно-обогатительного комбината// Маркшейдерия и недропользование.-2012.-№1. - С. 17-19.

Подписано в печать 21 марта 2012 г. Формат 60x90/1 б.

Объем 1.0 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1187

Отдел печати Московского государственного горного университета, Москва, Ленинский проспект, д.6

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кукин, Алексей Владимирович, Москва

61 12-5/3533

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ НА ЩЕБЕНЬ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных

ископаемых»

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология

(подземная, открытая и строительная)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель канд. техн. наук Юшина Т.И.

Научный консультант докт. техн. наук Кононенко Е.А.

Москва - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. 4

1.Анализ современного состояния производства щебня 8

1.1 .Щебень - требования к качеству, сырьевая база, производство и потребность. 8

1.2.Технологиимеханическогодробления. 14

1.2.1 Анализ современной технологии производства щебня из вскрышных пород 17

1.4.Цель,задачии методы исследований 28

2. Исследование закономерности формирования гранулометрического состава горных пород при проведении буровзрывных работ 32

2.1.Исследование влияния основных параметров БВР на формирование гранулометрического состава горных пород и величину средневзвешенного размера кусков взорванной скальной вскрыши. 32

2.2 Анализ влияния процесса буровзрывных работ. 44

Выводы по главе 2 57

3. Исследование закономерности выхода щебня при применении роторной дробилки 59

3.1 Методические основы расчета производительности и затрат на измельчение в роторной дробилке при различных режимах и свойствах пород.

3.2. Экспериментальное исследование грансостава пород при применении роторной дробилки. 70

3.3. Принцип аналитического расчета гранулометрического состава . 75

3.4. Методические основы аналитического расчета выхода щебня. 77 Выводы по главе 3. 87

4. Оптимизация параметров технологии переработки на щебень вскрышных пород

4.1.Принцип оптимизации технологии производства щебня из вскрышных пород. 89

4.2 Оптимизация процесса буровзрывных работ. 92

4.3 Оптимизация процесса экскавации и транспортирования . 94 4.4.1 Затраты на дробление при одностадийной схеме дробления . 109

Выводы по главе 4. 113

5. Оптимизация параметров технологии производства щебня из вскрышных метармофических горных пород при одностадиальной схеме дробления 115

5.1. Принципы и оптимизация технологии производства щебня из вскрышных пород для условий карьера ОАО «Лебединский Гок». 115

5.2 Рекомендации по реализации экономически целесообразного размера средневзвешенного куска пород при производстве кубовидного щебня на примере ЛГОКа. 120

Выводы по главе 5. 131

Заключение 134

Список литературы 136

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

В этой связи задача повышения эффективности комплексного освоения ресурсов недр при переработке вскрышных пород с целью изготовления из них товарной продукции - щебня - является весьма актуальной.

дробленых пород и физико-механических свойств разрабатываемых пород; натурные и лабораторные исследования процесса взрывания и механического дробления горных пород; физическое моделирование, теория подобия и размерностей при определении математических зависимостей, описывающих процесс измельчения; технико-экономический анализ и экономико-математическое моделирование при оптимизации параметров исследуемой технологии.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

3. Разработанный алгоритм оптимизации параметров малооперационной технологии переработки вскрышных пород на щебень с одностадиальным дроблением позволяет обеспечить эффективное управление производственным процессом получения товарной продукции с требуемыми потребительскими качествами.

дробления вскрышных пород и гранулометрическим составом полученного щебня.

Личный вклад автора заключается:

- в установлении новых зависимостей, определяющих взаимосвязь между гранулометрическим составом взорванной горной массы и параметрами буровзрывных работ (удельный расход взрывчатого вещества, диаметр, глубина и сетка скважин и др.), производительностью экскаваторов, карьерного автотранспорта и дробильного оборудования.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «Неделя горняка» (Москва, 2007, 2009, 2010 гг.), Уральский международный экологический конгресс «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов» (Екатеринбург, 2007 г.), на научном семинаре кафедры «Технология, механизация и организация открытых горных работ» в 2008 -2011 гг. и на кафедре « Обогащение полезных ископаемых» в 2011 г. Московского государственного горного университета.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЩЕБНЯ, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1.Щебень - требования к качеству, сырьевая база, производство и потребность.

Щебень из горных пород - неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью св. 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов, попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд (черных, цветных и редких металлов металлургической промышленности) и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности и последующим рассевом продуктов дробления [1].

Наибольшим спросом на рынке пользуется гранитный щебень фракции 5-20мм, реже 5-15мм, применяющийся в производстве асфальта, бетона и железобетонных конструкций. Щебень гранитный фракций 20-40мм, 2065мм, 25-60мм, 40-70мм также пользуется устойчивым спросом и применяется в строительстве и ремонте железнодорожных насыпей, трамвайных линий, подушек автомобильных дорог, в строительстве зданий при закладке фундамента, а также для дробления на более мелкие фракции щебня. Из всех природных каменных материалов, используемых в строительстве, щебень является основным.

Промышленность нерудных строительных материалов (НСМ) сформировалась как самостоятельная подотрасль горного производства в связи с программой интенсификации строительства с использованием сборного железобетона, принятой более 50 лет назад для обеспечения ускоренных темпов жилищного строительства. Продукция, относимая к НСМ, выпускалась ранее в значительных объемах, и мощности отдельных карьеров достигали 1 млн.м3 в год.

Промышленность НСМ имеет особенности, проявляющиеся в необходимости в ряде случаев принимать необычные для других горных

отраслей технологические решения и использовать оборудование, создаваемое с учетом специфики данного горного производства. К таким особенностям относятся следующие:

- разнообразие свойств полезных ископаемых: от песков до высокоабразивных изверженных пород прочностью 250-300 МПа и более;

- количество карьеров насчитывает многие тысячи, при разбросе их производительности - от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов кубометров полезного ископаемого;

- необычные требования к горной массе, предназначенной для переработки: минимальное содержание мелких частиц и сохранение природной прочности;

- жесткая связь работы карьера и дробильно-сортировочного завода;

- постоянное повышение требований к характеристикам продукции и расширению ее номенклатуры.

По объему добываемого минерального сырья промышленность НСМ России и многих других стран значительно опережает любую другую

•а

отрасль. В 2006 г. в России произведено около 300 млн. м НСМ, из которых 57% продукции - из скальных горных пород. В США в 2005 году

произведено 2.9 млрд.т (около 1.9 млрд. м ). Доля НСМ, производимых из скальных пород, в США примерно соответствует российской. Причем доля щебня, производимого из скальных пород, растет при снижении доли песчано-гравийной смеси и гравия. Это связано не только с запросами рынка, но и с изменениями состояния минеральной базы.

Основными потребителями НСМ в России и других странах мира являются бетонщики и строители автодорог, которые предъявляют не совпадающие по некоторым позициям требования к характеристикам продукции.

Из шести видов продукции, учитываемых Росстатом, более половины -приходится на щебень, в т.ч. щебень, изготавливаемый из гравия. В

некоторых странах мира щебень из этого сырья относят к песчано-гравийной продукции (из-за чего происходит путаница при сравнении данных).

Наибольшим спросом пользуется щебень из прочных изверженных пород, особенно щебень 1 группы, так называемый «кубовидный». Такой щебень перевозят в России на расстояние до 2 тыс. км, а также импортируют из Украины и Беларуси.

Запасы месторождений сырья для производства щебня в России Минерально-сырьевая база промышленности нерудных строительных материалов для производства щебня представлена месторождениями строительного камня и песчано-гравийных материалов.

Получить достоверные сведения о современном состоянии запасов данных видов минерального сырья представляется довольно затруднительным, что обусловлено отсутствием централизованной системы учета для некоторых из них. Централизованный учет сохранился только для месторождений строительного камня. Сводные данные о запасах песчано-гравийных материалов и песков для строительных работ последний раз публиковались более 10 лет назад (в начале 90-х годов), а в настоящее время учет запасов этих видов нерудных строительных материалов ведется на уровне субъектов федерации. Ориентировочный состав и степень освоения сырьевой базы производства нерудных строительных материалов в России по состоянию на 2004 г. приведены в табл. 1.1 .[2]

Таблица 1.1. Сырьевая база нерудных строительных материалов в России

Тип полезных ископаемых Количество месторождений Запасы месторождений, млн. м3

Всего эксплуати руемых Неэксплуат ируемых Всего эксплуатир уемых Неэксплуатир уемых

Строительные камни 1282 729 553 20559 12776 7783

Песчано-гравийная смесь 1926 830 1096 10312 4279 6033

По данным ВНИПИИстромсырье, по состоянию на начало 2004 г. запасы строительного камня были размешены по территории России относительно равномерно с выделением в большую сторону Уральского федерального округа (22,1% запасов) и в меньшую сторону Южного округа

(8,8% запасов). Почти половина запасов песчано-гравийных материалов приходится на Сибирский (25,3%) и Центральный (22,6%) федеральные округа, меньше всего запасов данного сырья в Уральском округе (6,2%). Региональная структура размещения запасов сырья для производства нерудных строительных материалов приведена в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Региональная структура запасов сырья для производства

нерудных строительных материалов в России в 2004 г.

Федеральные округа Строительный камень Песчано-гравийный материал

Количе ство местор ожден ий Запасы месторож дений, млн. м3 Доля запасов, % Количес тво месторо ждений Запасы месторожде ний, млн. м3 Доля запасов, %

Центральный 126 3337 16,2 332 2334 22,6

Северо-Западный 132 2725 13,3 516 1065 10,3

Южный 167 1811 8,8 139 1500 14,5

Приволжский 228 2457 12,0 343 1240 12,0

Уральский 159 4552 22,1 53 636 6,2

Сибирский 267 3036 14,8 343 2610 25,3

Дальневосточный 203 2641 12,8 200 927 9,0

Всего по России 1282 20559 100,0 1926 10312 100,0