Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче"

На правах рукописи УДК622.343.48:622.725

Туртыгина Наталья Александровна

Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче

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

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

003473431

Москва 2009

003473431

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный горный университет и ГОУ ВПО Норильский индустриальный институт

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ломоносов Геральд Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузин Виктор Фёдорович

кандидат технических наук Пейхель Георгий Валентинович

Ведущая организация - Норильский филиал «Институт «Норильскпроект» ООО «Институт Гипроникель» (г. Норильск)

Защита состоится <?-Ъ илх> 2009 г в «->> час, на заседании

диссертационного совета Д-212.128.05 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, ГСП, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

^ссеЛ^ „„„„ Автореферат разослан « »_^^_2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета докт. техн. наук Мельник В.В. ____

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В современных условиях одним из важнейших факторов, влияющих на технолого-экономические показатели горнометаллургического производства, является, наряду с вещественным составом рудо-минерального сырья, его стабильность. Колебания качества руды создают значительные трудности в переработке руды, ухудшая такие технологические показатели обогащения, как извлечение металлов, выход и качество концентратов. Это в свою очередь приводит к неполному использованию минерального сырья, увеличению затрат на металлургический передел и, как следствие, к снижению экономической эффективности всего горно-металлургического комплекса. Другое важное обстоятельство - это увеличение отходов и, соответственно, ухудшение экологической обстановки при переработке полезных ископаемых с относительно низким уровнем качества и с высокой его изменчивостью. Дестабилизация вещественного состава добытых руд значительно обостряется при снижении среднего содержания полезных компонентов в добытой рудной массе.

Основной способ решения проблемы стабильности состава руд -технологический, выполняемый на стадии подготовки рудо-минерального сырья к обогащению и переработке. При этом далеко не всегда достаточно полно используется имеющийся потенциал подземных рудников, объективно обладающих значительными возможностями для снижения природной изменчивости показателей качества руды в пределах шахтного поля. Особенно это касается снижения размаха колебаний в низкочастотной (высокоамплшудной) части спектра, сглаживание которого при обогатительном производстве связано со значительными капитальными и эксплуатационными затратами. При этом возникает необходимость создания очень крупных усреднительных складов, которые должны обеспечивать снижение колебаний качества руд по всему их диапазону, что чрезмерно усложняет и удорожает перерабатывающее производство, поскольку требует применения принципиально разных технических средств и технологий усреднения в одной технологической схеме.

Для существенного и систематического снижения изменчивости показателей качества руды технологически и экономически более эффективно осуществлять процесс стабилизации в общей производственной системе: «рудник - транспорт руды - обогатительная фабрика». При этом достичь снижения колебания качества руды в низкочастотной части спектра изменчивости возможно наиболее результативно непосредственно в руднике, а на обогатительной фабрике целесообразно снижать его высокочастотную составляющую. Конкретные технологии усреднения рудной массы и её параметры зависят от размаха и соответственно частоты изменчивости качества, а также от среднего уровня содержания полезного компонента в разрабатываемом участке недр.

Условия и пути повышения стабильности вещественного состава медно-никелевых руд, добываемых подземным способом, изучались на примере месторождения «Норильск-1», промышленная эксплуатация которого ведётся с 1938 г. К настоящему времени здесь отработаны богатые запасы. Оставшиеся минерально-сырьевые ресурсы представлены вкрапленными медно-никелевыми рудами с относительно небольшим содержанием полезных компонентов, но кроме никеля и меди в них содержатся металлы платиновой группы и другие ценные продукты.

Актуальность совершенствования технологии добычи сравнительно бедных руд в режиме повышения стабильности их состава определяется тем, что в структуре запасов норильских месторождений основное количество металла (до 70%) находится во вкрапленных рудах, доля которых по мере интенсивной выемки богатых руд неуклонно возрастает. В связи с многолетней практикой интенсивной первоочередной выемки наиболее богатой части запасов руд к настоящему времени произошло общее значительное снижение качества запасов руд во всех норильских месторождениях, что требует принятия кардинальных мер по их эксплуатации с созданием условий для более рациональной разработки.

Одним из перспективных методов решения этой проблемы является повышение стабильности вещественного состава относительно бедных медно-никелевых руд путём создания в рудниках современной производственной системы, обеспечивающей снижение изменчивости качества их продукции.

Цель работы - обоснование, на основе установленных зависимостей, производственной системы стабилизации вещественного состава бедных медно-никелевых руд, способной существенно снизить изменчивость качества продукции подземного рудника, создав тем самым условия для повышения полноты извлечения запасов недр.

Идея диссертации заключается в том, что подземный рудник рассматривается не только как горнодобывающее звено в общем горнометаллургическом комплексе, но и как производство, способное в определённой мере эффективно снижать уровень изменчивости содержания полезных компонентов в рудопотоке.

Задачи исследований:

- анализ состояния проблемы качества рудного сырья, а также обобщение данных практики и исследований в рассматриваемой области;

- установление влияния качества медно-никелевого рудного сырья и его изменчивости на показатели обогащения;

- изучение природной изменчивости качества руды в залежи и её влияния на формирование стабильного состава добытой рудной массы;

- оценка стабилизационной способности технологической схемы рудника;

- изучение явления сегрегации качества руд в технологической схеме рудника и разработка мер по её нейтрализации;

- укрупнённая технологическая оценка современных способов стабилизации состава полезных ископаемых в подземных рудниках и уточнение их классификации;

- разработка системы горно-технологических и организационно-технических мероприятий, способной обеспечить существенное повышение стабильности качественного состава рудной массы, направляемой на обогащение;

- технико-экономическая оценка предлагаемых решений по улучшению качества выдаваемой руды.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение результатов ранее выполненных научных работ, анализ зарубежного и отечественного опыта по управлению качеством полезных ископаемых при добыче; натурное опробование руды в залежах и рудопотоке с их геолого-минералогическими испытаниями и корреляционным анализом; производственные исследования по оценке стабилизационной способности технологической схемы рудника; аналитические исследования с использованием методов теории вероятностей и математической статистики, а также технико-экономический анализ результатов работы.

Основные научные положения диссертации и их новизна:

1. Снижение показателя изменчивости — среднеквадратичного отклонения - содержания никеля в бедной медно-никелевой руде, поступающей на обогащение, с 0,1 до 0,01 сопровождается повышением извлечения никеля с 67,2 до 70,3% и увеличением выхода никелевого концентрата с 5,7 до 8,2%; соответственно доля прибыли за счёт никеля, извлекаемого из 1 т руды, возрастает на 18%.

2. Установлено, что рудное поле рудника «Заполярный» по уровню природной изменчивости качества медно-никелевых руд (а = 0,04...0,35) относится к числу весьма сложных с позиции обеспечения стабильности вещественного состава добытой рудной массы, для достижения чего требуется применение наиболее глубоких технологий стабилизации её состава.

3. На примере действующего горнодобывающего предприятия определена естественная стабилизирующая способность подземного рудника, которая изменяется в зависимости от природных условий и технологической схемы горно-добычных работ в диапазоне от минусовых значений коэффициента усреднения (при проявлении гранулометрической сегрегации) до 1,5 и выше.

4. Создание рудничной системы стабилизации качества относительно бедных медно-никелевых руд, основные положения которой разработаны в диссертации, позволит в 2...3 раза поднять нынешние показатели стабильности состава рудной массы на выходе из рудника, существенно улучшить эффективность работы всего комплекса горнометаллургического производства и повысить полноту извлечения запасов недр.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются надёжностью и представительностью исходных данных, использованием апробированных методик исследования и высокой степенью корреляции полученных зависимостей (корреляционное отношение 1?= 0,5... 0,8).

Научное значение работы заключается в систематизации способов снижения изменчивости вещественного состава рудной массы при подземной добыче и в теоретическом обосновании рудничной системы стабилизации качества бедных руд.

Практическое значение работы состоит в совершенствовании технологии и организации горнодобывающего производства в направлении повышения его стабилизационной способности и в рекомендациях по их практическому применению в действующем руднике в соответствии с состоянием минерально-сырьевой базы.

Реализация основных результатов работы. Научные результаты и практические рекомендации переданы для использования при реализации программы дальнейшего развития рудника «Заполярный».

Результаты исследования используются в учебном процессе Московского государственного горного университета и Норильского индустриального института при изучении учебных дисциплин «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Горная квалиметрия» и «Управление качеством руд при добыче», а также в учебном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях технического совета рудника «Заполярный» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», на научно-технических конференциях «Неделя горняка» при МГГУ в 2007 и 2008 годах, на заседаниях кафедр РМПИ Норильского индустриального института и ТПР Московского государственного горного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 статьи.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, 39 рисунков, 17 таблиц, списка литературы из 47 наименований, содержит 5 приложений с исходными данными исследования.

Основное содержание работы

Исследованиям в области повышения качества полезных ископаемых при их добыче, в том числе стабилизации вещественного состава минерального сырья, большое значение придавали выдающиеся учёные-горняки академики М.И. Агошков, Н.В. Мельников и В.В. Ржевский. В современных условиях наиболее крупные работы в этом направлении ведутся под руководством академиков К.Н. Трубецкого, В.А. Чантурия и чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова.

Значительный вклад в решение проблемы стабилизации качества полезных ископаемых внесли учёные-горняки Е.И. Азбель, С.Я. Арсеньев, П.П. Бастан, Н.Н. Волошин, Б.Т. Букейханов, Н.С. Буктуков, В.Ф. Вызов, Ф.Г. Грачев, В.М. Гудков, Е.В. Жиганов, Е.А. Жовтис, В.Н. Зарайский, Ю.Н. Ермолин, Д.Р. Каплунов, В.Д. Ким, Г.Г. Ломоносов, И.А. Манилов, Г.В. Пейхель, А.Д. Прудовский, Я.Ш. Ройзен, Г.В. Секисов, М.А. Файзуллин, В.В. Чайников, А.Д. Школьников, A.M. Эрперт, М.А. Ястребинский и ряд других ученых и инженеров-производственников. При этом следует отметить научные коллективы институтов ИПКОН РАН, Гипроруда, МГИ-МГГУ, Механобр, Уралгипроруда, ДЛИ, КГРИ, КазПИ, НИИКМА, а также инженерный состав рудников: Гайского, Ачисайсайского, Зыряновского, Тырныаузского, Кривбасских и ряда других горнодобывающих предприятий.

Вместе с тем внедрение технологий добычи полезных ископаемых со стабилизацией качества руд в отечественное горнодобывающее производство многие годы отставало от зарубежной практики. Причиной такого положения являлось то, что при прежней системе хозяйствования приоритетными для горнодобывающих производств были не качественные, а количественные показатели. В то время в разработке находилось большое количество относительно недавно введённых в эксплуатацию карьеров и рудников с большими запасами богатых руд. К тому же государство имело мощную геологоразведочную базу и обеспечивало непрерывное восполнение запасов полезных ископаемых со значительным опережением текущей потребности. Всё это создавало исключительные возможности для падёжного обеспечения горнодобывающих и перерабатывающих производств рудо-минеральным сырьём достаточно высокого качества с сохранением относительно простых и дешёвых технологий добычи и обогащения.

К настоящему времени проблема стабилизации качества добываемых полезных ископаемых больше изучена применительно к открытой разработке месторождений твёрдых полезных ископаемых, поскольку карьеры, добывая в основном менее богатые руды, столкнулись с этой проблемой и стали решать её гораздо раньше подземных рудников.

Подземный рудник конструктивно и технологически в значительно большей мере соответствует выполнению операций стабилизации состава руды. Этому способствует его вертикально вытянутая конструкция с большим перепадом высотных отметок, позволяющая наиболее полно использовать силу гравитации. Смешиванию разнокачественной руды благоприятствуют особенности технологии подземной добычи руды, для которой характерны перемещения с многократными перегрузками и аккумулированием руды, а также - сравнительно меньшие параметры рабочего оборудования и забоев.

Исследования выполнялись на базе рудника «Заполярный», разрабатывающего месторождение вкрапленных медно-никелевых руд «Норильск-1». Состояние минерально-сырьевых ресурсов этого рудника характерно для будущего всего Норильского рудного региона, где очень

богатые в прошлом руды Талнахского и Октябрьского месторождений ныне в основном дорабатываются и главным ресурсом металлов становятся запасы вкрапленных руд. В этой связи поиск эффективных горно-технологических решений на перспективу имеет большое значение не только для будущего Норильской горно-металлургической компании, но и в целом для цветной металлургии России.

Производственная мощность рудника «Заполярный» равна 1 млн. 200 тыс. т в год при среднем содержании никеля и меди в добытой руде, соответственно, 0,33 и 0,46%. При этом в рудопотоке «рудник -обогатительная фабрика» формируются значительные колебания качества руды (рис.1). Из графика видно, что относительный размах изменений содержания никеля в руде составляет 215%, а меди - 475% при соответственно высокой частоте явления. В результате имеют место значительные потери металлов при обогащении руды и металлургическом переделе.

Рис.1. Характер изменчивости содержания никеля (а) и меди (б) в потоке вкрапленных руд, поступающих на обогащение

Для установления количественного влияния стабильности качества руды на показатели обогащения в диссертации выполнен корреляционный анализ, в основе которого лежат первичные отчётные материалы по Норильской обогатительной фабрике за четыре месяца 2005 года с почасовыми, посменными и посуточными исходными данными, а также полученными технологическими показателями обогащения.

Полученные корреляционные зависимости представлены на рис. 2 и

а

б

1 1 1 • Си —Логарифмический (Си) — Полиномиальный (Си) 1= 0,7711 Л0О + 3,с 0,4209 364 • /

у У У

—

^___-

2*" - 2,75 0,01 Йх + 2,55 12 Й

0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0.8 0,9 1 1,1

осдеркани« мяди,ссЧ

Рис. 2. Влияние содержания металлов в руде на: а - качество никелевого концентрата; б - извлечение никеля в концентрат; в - выход медного концентрата

* »

* 4 « т55- Р08ЬЬ&) + 3.4252 Й*а 0.5331

•

V • N — ЛогфИф мичеегт (М)

• *

* * ♦ 4 #

* ♦ ,4 ♦ *

• • * 4

О 0К2 С.01 ВВ6 003 0.1 О.Е

мздятн гое от тле не, с

Рис. 3. Зависимость извлечения никеля (а) и выхода концентрата (б) от уровня стабильности состава руды

Как видно из графиков и их аналитических выражений, на практике имеют место:

• прямая связь содержания металлов в руде с качеством концентрата, извлечением металлов в концентрат и выходом концентратов;

• обратная зависимость показателей обогащения руды от изменчивости её качества. Снижение среднеквадратичного отклонения содержания никеля в руде с ОД до 0,01% приводит к повышению извлечения металла с 67,3 до 70,2%, т.е. на относительные 4,3%, а выход концентрата с 5,6 до 8,3% или на 30%.

Полученные зависимости положены в основу первого научного положения диссертации. Они позволяют наиболее объективно оценить ущерб от снижения качества руды и изменчивости её вещественного состава и, наоборот, - эффективность мероприятий по повышению качества и стабилизации состава относительно бедного рудного сырья.

Во второй части работы устанавливалось влияние природных и горнотехнологических условий на уровень стабильности состава добытой рудной массы.

Формирование показателей изменчивости качества добытой руды происходит в результате совокупного воздействия множества влияющих факторов (табл. 1). К числу управляемых относятся в основном горнотехнологические, технические и организационные факторы.

Таблица 1. Факторы, влияющие на стабильность качества добытой руды

№№ п.п. Факторы

Природные

1 Степень распределения металла в рудном массиве

2 Средний уровень содержания металла в запасах руды

3 Наличие включений пустых пород в рудном теле

4 Физико-механические свойства руды и включающих их горных пород

5 Наличие явления гранулометрической сегрегации горных пород

Горно-технологические (включая технические и организационные)

6 Соотношение объёмов добычи разнокачественных руд

7 Системы разработки и их параметры

8 Способ отбойки руды

9 Способ доставки руды

10 Наличии, тип и параметры рудоспусков

И Крупность рудной массы

12 Уровень разубоживания руды

13 Наличие подземного механического дробления руды

14 Наличие и тип смесительных систем в руднике и на его поверхности

15 Режим выпуска руды из очистного пространства

16 Наличие раздельной выемки руды

17 Число действующих очистных забоев и выпускных выработок

18 Наличие концентрационного горизонта

19 Система оплаты добычных работ

20 Производительность добычных забоев

21 Состав и уровень требований к добытой руде

22 Способ опробования руды

23 Наличие оперативного управления добычными работами и транспортом руды в режиме стабилизации качества

Традиционно производственные мероприятия по повышению стабильности состава рудного сырья называют усреднением. В диссертации в этой части даны некоторые терминологические уточнения, для чего выделяются следующие производственные операции, выполняемые при стабилизации качества руд:

• усреднение разнокачественных руд, заключающееся в обеспечении среднего заданного содержания полезных или вредных компонентов в объёме добычи полезного ископаемого, достигаемое при одновременной разработке нескольких участков залежи (месторождения) или из единичных объёмов рудной массы в конечном рудопотоке;

• смешение рудной массы, представляющее собой физическое смешивание единичных объёмов рудной массы, выполняемое с целью равномерного распределения компонентов в общем её объёме.

В технической литературе и на практике обе эти операции обычно называют усреднением, что недостаточно точно отражает их физическую сущность. По нашему мнению, усреднением следует называть только действия по формированию среднего содержания компонента в объёме добычи рудной массы. При этом вторая операция по своей сути является смесительной, осуществляемой посредством использования смесительных устройств (в качестве которых могут быть бункеры, штабели, усреднительные машины, ковши экскаваторов и ПДМ и др. технические средства) или с помощью механических действий (перепуском рудной массы, её перелопачиванием, перегрузкой и др.).

В диссертации стабилизационный процесс рассматривается как комплекс двух разнохарактерных операций, направленных на первом этапе на достижение среднего абсолютного значения качества рудной массы, а на втором - на обеспечение её равномерного состава по всему объёму или на определённом отрезке времени.

Для количественной оценки природной (геологической) изменчивости качества бедных медно-никелевых руд в качестве исходных материалов были взяты данные эксплуатационной разведки, выполнявшейся с бурением скважин, а также эксплуатационного опробования по стенкам горизонтальных горных выработок, пройденных по рудному телу на месторождении «Норильск-1». При этом материалы, полученные по скважинам, являются исходными для количественной оценки изменения содержания металлов с глубиной залегания, а по бороздовому опробованию — по простиранию залежи.

На рис. 4 представлен геологический разрез, на котором расположены разведочные скважины №3195 и №3029, горные выработки горизонтов +140 и +90 м и данные опробования, заложенные в основу оценки изменчивости.

Рис. 4. Геологический разрез по квершла!} №1 горизонта +90 м и вентиляционному орту №71 горизонта +140 м

Исходные данные и расчётные показатели изменчивости качества руды в поле рудника «Заполярный» по скважине № 3195 показаны в табл. 2.

Кроме того, по данным бороздового опробования горных выработок на горизонтах +140 м и +90 м также были рассчитаны вероятностно-статистические характеристики качества руды - среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации.

Коэффициент вариации содержания никеля и меди составляет соответственно 28,05% и 30,33%. Среднеквадратичное отклонение содержания никеля в недрах составило 0,19% и меди 0,32 %.

Характер неоднородности природной изменчивости качества руды в массиве прослеживается на рис. 5.

Анализ распределения содержания металлов в рудном массиве показывает на наличие значительной неоднородности их распределения в объёме залежи. Содержание металлов изменяется по горизонту +140 от 0,45 до 1,3%, а по горизонту +90 м от 0,3 до 0,96%, то есть размах колебаний составляет соответственно 0,85 и 0,68% или в относительных величинах изменения составляют 2,9 и 3,27 раза. Характер изменчивости качества руды в целом по месторождению очень сложный, что нашло отражение во втором научном положении диссертаг^и.

Таблица 2. Геологические характеристики рудного массива по линии скважины № 3195

Глубина Горные породы Геологическая колонка Мощность, м Содержание, % Среднеквадратичное отклонение, % Коэффициент вариации, %

№ Си № Си N1 Си

габбро- Го

0 долерит оливи- новый Гп 2 0,08 0,07

габбро- Гп 1,1 0,21 0,21

4,5 долерит пикри- товый 2,6 0,61 0,91

Гт 2 0,7 1,26

габбро-дол ерит такси-товый 2 0,61 0,97

2 0,55 0,64 0,19 0,32 28,0 30,33

18 Гт 2 0,44 0,57

2 1,04 1,5

Гт 2 0,9 1,2

1,5 0,66 1,3

габбро- Гк

19,5 долерш-контактовый 1,5 0,7 1,39

базальт и 2

22,6 лабрадоровый 1,1 <0,05 <0,05

а

{ ■ 1 .... 1 ! 1 н г I 1

— /г— тс—7 \~~~f~ № Й£

V Г Ч

*

б

Рис. 5. Изменчивость содержания никеля в рудном поле рудника «Заполярный» по горизонтам: а - +140 м; 6 - +90 м

На следующем этапе диссертационного исследования устанавливалась фактическая стабилизирующая способность горнодобычной технологии, применяемой в руднике «Заполярный», типичной для отечественных рудников.

Изменение качественной однородности добытой руды (то есть степени трансформации изменчивости её качества) оценивалось коэффициентом усреднения, который показывает, во сколько раз уменьшилось среднеквадратичное отклонение содержания контролируемого компонента в рудном массиве после проведения мероприятия по стабилизации состава руды:

' ¿и

где 5д и 8п- среднеквадратичные отклонения показателя качества руды до и после проведения мероприятий по стабилизации,

С помощью этого показателя в работе определялась степень влияния отдельных звеньев технологической цепи на общий уровень стабильности качества руды, добытой в руднике. Для установления фактических значений коэффициента усреднения были проведены специальные производственные наблюдения за рудопотоками, выполнявшиеся в узловых точках технологической схемы рудника «Заполярный», представленной на рис. 6.

При этом путём отбора и химического анализа проб выполнялось почасовое опробование руды:

- из ковшей ПДМ (на горизонте +140 м);

- повагонное (из всех составов с рудой на горизонтах +90 м и +45 м);

- из приёмных бункеров обогатительной фабрики.

Всего за время проведения наблюдений через откаточные горные выработки прошло 3,7 тыс. т руды. По результатам химического анализа размах колебаний по горизонтам составил:

• на горизонте+140м - 0,15...0,79 % по никелю и 0,27...1,26% по меди при средневзвешенном содержании металлов 0,46 и 0,62 %;

• на горизонте + 90 м - 0,18...0,83 % по никелю и 0,19...2,02 % по меди при средневзвешенном содержании металлов 0,41 и 0,57 %;

• на горизонте+45 м - 0,151...3,14 % по никелю и 0,1...3,93 % по меди при средневзвешенном содержании металлов 0,69 и 0.97 %.

Установлено, что среднеквадратичное отклонение содержания меди и никеля в руде, поступающей в вагоны после добычных работ на откаточные горизонты +90 и +45 м, на 17-30 % больше, чем в рудном массиве при бороздовом опробовании по вентиляционному орту №71 горизонта +140 м и квершлагу №1 горизонта +90 м. Основная причина таких результатов заключается в существенном влиянии на естественный процесс стабилизации явления гранулометрической сегрегации, возникающей при

перепуске руды по рудоспускам, оказывающего дестабилизирующее влияние на вещественный состав рудной массы. Вторая причина кроется в системе разработки с принудительным обрушением руды и вмещающих пород, применяемой в руднике «Заполярный» в связи с относительно высоким уровнем потерь и разубоживания руды. Для более точной количественной оценки влияния сегрегации требуется проведение более масштабных наблюдений. Однако, безусловно, что при создании производственной системы стабилизации качества руды необходимо предусматривать меры борьбы с этим явлением.

В свою очередь среднеквадратичное отклонение содержания меди и никеля в руде, поступающей на Норильскую обогатительную фабрику, меньше, чем в руде в начале технологической цепи, на 20-32 %. Из этого следует, что в отдельных звеньях технологической цепи рудника «Заполярный» происходят взаимно противоположные процессы - частичная стабилизация состава рудной массы и, под воздействием явления гранулометрической сегрегации, - её дестабилизация. Там, где явление гранулометрической сегрегации не полностью нейтрализует стабилизирующую способность технологической схемы, происходит частичное снижение изменчивости качества руды.

После подсчётов коэффициент усреднения по горизонтам +90 и +45 м составил соответственно 0,77 и 0,64. Общий же коэффициент усреднения в цепи транспорта руды: «горизонт +140 м - рудоспуск - горизонт +90 м -рудоспуск - горизонт +45 м до подземного бункера на выходе из рудника» равен произведению коэффициентов усреднения отдельных звеньев, то есть Кжр =0,77-0,64 = 0,49.

Но в целом по технологической цепи рудника - от забоя до выдачи руды на НОФ - Ку=1.26-0.7-1,21=1,07, т.е. фактически показатель изменчивости руда в рудопотоке имеет некоторое снижение относительно его природного значения.

Таким образом, в результате производственных исследований (на примере рудника «Заполярный») установлено количественное значение стабилизационной способности технологической схемы шрно-добывающего производства. Однако потенциал этой способности в условиях проявления гранулометрической сегрегации недостаточен для достижения требуемой степени однородности состава добытой руды. Результаты этой части исследования сформулированы в третьем научном положении диссертации.

Для надёжного обеспечения перерабатывающих производств рудным сырьём постоянного состава необходимы разработка и внедрение системы стабилизации вещественного состава рудной массы по всей технологической схеме рудника. Заключительная часть диссертации посвящена изучению составных элементов и инженерной разработке типовой структуры такой системы.

В работе выполнена систематизация способов стабилизации руд при подземной добьгче (рис. 7), отличающаяся от известных тем, что в ней разделены организационные и производственно-технологические способы

снижения изменчивости качества руды и увеличено количество способов. При этом производственный процесс стабилизации рассматривается как состоящий из двух главных операций: усреднения, обеспечивающего заданное значение абсолютного среднего содержания металла в рудопотоке, и смешения, заключающегося в равномерном распределении полезного компонента в объёме добычи.

Рис. 7. Систематизация способов стабилизация качества руды при подземной добыче

Организационные методы, включающие организационные, плановые и управляющие действия, предлагается осуществлять, в основном, на базе известных методик, предварительно адаптировав их к условиям конкретных рудников.

Технологические способы, включая технические средства, систематизированы и оценены с позиции их функциональных возможностей. В диссертации разработана «Шкала оценки смесительной способности различных способов и технических средств», позволяющая укрупнено сравнивать их смесительные возможности. Диапазон трансформации изменчивости состава рудной массы различными способами и средствами оценивается от 1 до 6.

В состав рудничной системы стабилизации качества руд, разработанной в диссертации, входят следующие её элементы:

• блок информации о качественно-количественных характеристиках руды в недрах и в основных узлах технологической схемы рудника;

• блок планирования и организации горных работ в режиме усреднения состава добываемой руды;

• блок обоснования оперативных технологических и управляющих решений при смешении разнокачественных руд;

• блок контроля качества выполнения работ.

Общая структура рудничной системы стабилизации состава руды представлена на рис. 8.

Рис. 8. Структура информационно-управляющей системы формирования стабильного состава руды:

А и В - усреднительная и смесительная части системы; 1 - информационные потоки; 2 -рекомендуемые технологические и организационные решения; 3 —управляющие команды

В системе предусматривается кардинальная модернизация в первую очередь информационного блока, так как в большинстве отечественных рудников существующие способы не обеспечивают необходимой оперативности и точности данных о качестве руды в различных точках технологической схемы рудника. При этом данные о качестве руды в забое и в других частях технологической цепочки обычно поступают с опозданием на сутки и более, когда они уже не соответствуют изменившейся производственной обстановке.

Управляющая система стабилизации качества руды подземного рудника, предлагаемая в диссертации, включает две подсистемы -усреднительную и смесительную. Поток информации поступает (через оператора по качеству) в группу анализа и выработки оперативных решений, откуда наиболее рациональные варианты действий передаются техническому руководству рудника в качестве рекомендаций для осуществления.

Во многих предшествующих исследованиях (Д.Р. Каплунов, П.П. Бастан, Г.В. Пейхель, И.А. Манилов и др.) показано, что значительными смесительными возможностями обладают подземные бункеры. В диссертации разработана принципиальная конструкция рудничного горнотехнического смесительного средства - бункера щелевого типа (рис. 9).

Рис. 9. Бункер щелевого типа для смешивания мелкодробленой руды: 1- ёмкостное пространство бункера; 2 - загрузочный конвейер; 3 - разгрузочный конвейер; 4 - горная выработка для загрузки бункера; 5 - смотровая горная выработка

Такая конструкция смесителя создаёт возможность для более эффективного смешения рудной массы, чем бункеры силосного типа, поскольку в нём значительно выше площадь соприкосновения разнокачественных слоёв за счёт увеличенной поверхности горизонтального сечения. В связи с вероятностью гранулометрической сегрегации, высота бункера уменьшена до 5... 7 м, а ширина - до 3.. .4 м.

Рассмотрены два наиболее продуктивных режима функционирования бункера-смесителя:

• с наклонной отсыпкой слоев руды и последовательным односторонним её выпуском;

• с загрузкой горизонтальными слоями и двухсторонним выпуском руды.

В диссертации предложено создание усреднительно-смесительной системы для рудника «Заполярный» на базе реконструкции существующего дробильно-перегрузочного комплекса (рис. 10).

Рис. 10. Предлагаемая реконструкция дробильно-перегрузочного комплекса рудника «Заполярный» в стабилизационный (дробильно-смесительньш комплекс): 1 - ПДМ; конвейер; 2 - грохот; 3 - рудоспуск; 4 - состав с рудой; 5 — опрокидыватель; 6 - бункер; 7 -виброгрохот; 8 - щековая дробилка; 9 - питатель; 10 - ленточный конвейер; 11 - дозатор; 12- скип; 13 - шахтный ствол; 14 - разгрузочный узел; 15 - рудоспуск; 16 - бункеры; 17 - рассекатель рудопотока; 18- конвейер; 19- сбрасывающая тележка; 20- бункер; 21 - конвейер; 22 - дозаторная; 23 - НОФ

Всего для условий рудника «Заполярный» при годовой добыче 1млн. 200 тыс. т руды необходимо иметь в комплексе 4 бункера щелевого типа длиною каждый по 28 м с суммарной ёмкостью 2-суточного объёма добычи. При этом два бункера будут находиться в течение суток (2 рабочих смен) в стадии загрузки, а два - на выпуске стабилизированной руды. Результаты теоретических и инженерных разработок в части обоснования структуры и параметров рудничной системы стабилизации качества рудной массы отражены в четвёртом научном положении.

В диссертации на основании установленных зависимостей и реальных производственных показателей выполнена принципиальная технолого-экономическая оценка повышения качества и стабильности состава рудного сырья за счёт реконструкции дробильно-перегрузочного пункта в стабилизационный (дробильно-смесительный) комплекс. Но цель этих расчётов показать не абсолютные цифры прибыли, что потребует проведения самостоятельной работы, а выявить динамику этого показателя с повышением стабильности состава рудного сырья.

В расчётах на основании полученных зависимостей исходили из того, что уменьшение изменчивости содержания никеля в руде в диапазоне изменения среднеквадратичного отклонения содержания никеля в руде от 0,1 до 0,01 имеет место:

• повышение извлечения никеля в концентрат с 67,3 до 70,2%;

• увеличение выхода никелевого концентрата с 5,6 до 7,5%;

• уменьшение массовой доли металла в хвостах обогащения с 0,11 до 0,19%;

Фактические затраты отдельных звеньев горно-металлургического производства по руднику «Заполярный», НОФ и металлургическому переделу составляют:

• на добычу 1 т руды Сд = 939 руб. (36%),

• на обогащение С0 = 240 руб. (9%),

• на металлургический передел (вместе с транспортом промпродуктов) Сш =1455 руб. (55%).

При суммарном объёме горно-капитальных работ на создание четырёх бункеров щелевого типа - 5200 м3 и фактической стоимости горностроительных работ в руднике «Заполярный» - 7353 руб/м3 (в том числе, на проходку - 4874 руб/м ) затраты на создание бункерных смесителей составят 38,25 млн. руб.

При сроке окупаемости этих затрат - 3 года, увеличение себестоимости добычи руды в руднике «Заполярный» на эти годы составит:

38 250 000:1 200 000:3 = 10,6 руб/т в год, т.е. себестоимость добычи вырастет до 939+10,6=949,6 руб/т.

При себестоимости обогащения руды 240 руб/т, на переработку всего объёма добычи рудника затрачивается 1 200 000*240=288 000 000 руб.

Количество производимого никелевого концентрата:

1 200 0005,6:100=67 200 т/гоД.

При массовой доле Ni в концентрате 8%, количество производимого металла составляет 67 200-8:100=5 376 т.

Мировая цена на никель на момент написания диссертации составляла порядка 19,5 тыс. долларов США или 477750 руб. за 1 тонну, что принято в работе за расчётную цену.

Следовательно, суммарная ценность произведенного никеля (в концентрате) составляет 5 376-487 500=2 620 800 000 руб. При этом извлекаемая ценность 1 т руды (рассчитанная только по никелю) равна:

2 620 800 000:1 200 000= 2 184 руб/т.

Соответственно прибыль от производства никеля составляет:

2 184-939-240-1 455 = -450 руб/т. То есть в современных условиях, если рассматривать добычу и производство только бедных вкрапленных руд с извлечением из них только никеля, то горно-металлургическое производство будет убыточным на уровне -450 руб/т.

С повышением стабильности состава руды, поступающей на обогатительную фабрику, с 0,1 до 0,01 выход никелевого концентрата увеличивается с 5,6 до 7,5%. Соответственно, количество концентрата возрастает до 1200000-7,5:100 = 90 000 т/год. При этом количество произведенного металла (никеля) в концентрате составит:

90 000-8.-100 = 7 200 т/год.

Суммарная ценность произведенного никеля: 7 200-487 500 = 3 510 000 000 т/год.

Извлекаемая ценность 1 т руды (только по никелю) составит: 3 510 000 000:1 200 000= 2 925 руб/т.

Таким образом, при стабилизации качества руды, добываемой в руднике «Заполярный», происходит повышение извлекаемой ценности руды до 2 925-2 184 = 748 руб/т.

Ожидаемая условная прибыль от каждой тонны добытой руды 2 925-949,6-240-1455=280,4 руб/т. При этом общая прибыль от выполнения мероприятий по стабилизации состава руды, добытой в руднике «Заполярный», составит: 280,4-1 200 000=3 364 800 000 руб.

Из полученных результатов расчёта видно, что уменьшение среднеквадратичного отклонения никеля в добытой руде способствует выходу прибыли горно-металлургического производства из минуса.

Естественно, что полная экономическая эффективность мероприятий по повышению стабильности качества рудного сырья будет существенно выше, чем рассчитанная только по никелю, так как руды месторождения «Норильск-1» содержат и другие полезные компоненты, в том числе, металлы платиновой группы. Согласно официальным данным ОАО «ГМК «Норильский никель», доля доходов компании за счет производства и реализации никеля составляет 40%, что даёт основания увеличить полученные выше расчетные результаты на коэффициент 1,6. Поэтому ожидаемая прибыль составляет 280,4-1,6=448,64 руб/т.

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой дано научное решение задачи обоснования системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд в подземном руднике и разработан комплекс технических решений, направленных на улучшение состава добытой рудной массы в условиях систематического обеднения запасов недр и повышения природной изменчивости показателей качества руд, что необходимо для повышения полноты извлечения запасов недр.

В диссертации решалась актуальная задача повышения полноты извлечения этих запасов за счёт стабилизации их качества при подземной добыче.

В результате выполненных исследований лично автором получены следующие результаты:

1. На основании обработки большого массива исходных данных установлены надёжные корреляционные зависимости результатов обогащения медно-никелевых руд от их качества и стабильности вещественного состава. При этом повышение показателя изменчивости -среднеквадратичного отклонения содержания никеля в руде с 0,01 до 0,1 приводит в среднем к снижению извлечения металла с 70,3 до 67,2% и соответственно - к снижению выхода никелевого концентрата с 8,2 до 5,7%.

2. Установлено, что объект исследования - медно-никелевое месторождение «Норильск-1» по уровню природной изменчивости показателя качества руд (а = 0,04...0,35) с учётом наличия явления гранулометрической сегрегации относится к числу наиболее сложных среди других медно-никелевых месторождений, что предопределяет необходимость применения глубоких технологий стабилизация состава рудной массы.

3. Показано, что подземный рудник способен стать эффективным средством повышения стабильности вещественного состава рудо-минерального сырья. При этом наиболее результативно в руднике может стабилизироваться низкочастотная часть спектра колебания качества руд.

4. Подземные рудники в силу широкого использования в технологии добычи гравитационных процессов, наличия большого числа очистных забоев, перегрузочных работ и перемещений руды по многим направлениям, объективно обладают наибольшими среди других горнодобывающих производств возможностями для борьбы с дестабилизацией качества добычи. Однако надёжно обеспечивать равномерный состав добытой рудной массы в условиях разработки бедных медно-никелевых руд лишь за счёт стабилизационной способности технологической схемы рудника в полной мере невозможно. При этом главным фактором, противодействующим снижению изменчивости качества рудной массы, является её естественная гранулометрическая сегрегация.

5. Производственная проблема стабилизации вещественного состава бедных медно-никелевых руд не может быть решена кардинально за счёт

отдельных рационализации технологии. Для этого требуется надёжная производственная система, включающая в себя ряд технологических и организационных функций по стабилизации качества руды, существенную часть которых целесообразно возложить на подземный рудник.

6. В диссертации дано научное и техническое обоснование рудничной системы формирования стабильного состава добытой рудной массы, состоящей из следующих блоков:

• информации о качественно-количественных характеристиках руды в недрах и в основных узлах технологической схемы рудника;

• планирования и организации горных работ в режиме стабилизации вещественного состава рудной массы;

• обоснования технических, технологических и управляющих решений при усреднении и смешении разнокачественных руд;

• контроля качества выполнения работ.

7. Внедрение результатов исследования в практику отечественных рудников позволит в 2..3 и более раз повысить стабильность вещественного состава добытых руд и тем самым существенно улучшить полезное использование минеральных ресурсов и показатели эффективности перерабатывающих производств и соответственно - всего горнометаллургического производства.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Литвиненко В.В., Туртыгина H.A. Технико-экономическая эффективность стабилизации качества руды // Сб. науч. тр. Добыча и переработка руд Норильского промышленного района. - Норильск: Изд-во НИИ, 2005, - с. 183-187.

2. Литвиненко В.В., Туртыгина Н.А Технико-экономическая эффективность стабилизации качества руды // Рукоп. деп. - № 636/07-08. Опубл. в ГИАБ. - 2008. - № 7. - Зс.

3. Литвиненко В.В., Туртыгина H.A. Программный продукт по определению себестоимости горнорудной продукции // Рукоп. деп. - № 635/07-08. Опубл. в ГИАБ. - 2008. - № 7. - 6с.

4. Ломоносов Г.Г., Туртыгина H.A. Систематизация способов стабилизации состава рудной массы в подземном руднике U Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008,- № 12,- с.120-122.

5. Туртыгина H.A., Сущность проблемы стабилизации качества руды // Научный вестник. - Норильск: Изд-во НИИ, - 2008,- №3, с.21-23.

6. Туртыгина H.A. Модернизация рудничной системы стабилизации качества рудной массы //Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008.-№ 12, с. 123-125 .

7 Литвиненко В.В., Туртыгина H.A. Разработка программного комплекса для расчёта себестоимости продукции горнорудного предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск / Информация и управление. - 2008.- №10.- с.358-363.

Подписано в печать 18.05.09. Формат 60x90/16 Объём 1 п.л._Тираж 100 экз._Заказ

Типография Московского государственного горного университета Москва, Ленинский пр., 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Туртыгина, Наталья Александровна

Введение.

1. Состояние проблемы стабилизации качества руды и характеристика объекта исследований.

1.1. Сущность проблемы стабилизации качества руды.

1.2. Общая характеристика минерально-сырьевой базы ОАО «ГМК» Норильский никель», тенденции её изменения и возникающие последствия.

1.3. Состояние изученности вопроса и практика стабилизации руд в подземных рудниках.

1.4. Основные факторы, влияющие на уровень изменчивости качества руды при её добыче.

Выводы по главе 1.

2. Значимость фактора качества руд и оценка его природной и горно-технологической изменчивости.

2.1. Исследование влияния качества руд на показатели обогащения.

2.2. Изучение влияния изменчивости качества норильских руд на показатели обогащения.

2.3. Исследование и количественная оценка природной изменчивости качества руд в месторождении «Норильск-1».

2.4. Оценка состояния изменчивости качества руды в существующей технологической схеме рудника «Заполярный».

2.5. Анализ влияния природной и технологической изменчивости качества руды на показатели результирующего рудопотока.

Выводы по главе 2.

3. Изучение способов стабилизации состава рудной массы как элементов рудничной системы.

3.1. Способы стабилизации состава рудной массы и их систематизация.

3.2. Методика планирования горных работ в режиме усреднения показателей качества руды.

3.3. Организационные методы усреднения показателей качества в объёме добычи.

3.3.1. Обеспечение среднего уровня содержания металла в руде путём регулирования объёмов добычи.

3.3.2. Повышение стабильности состава добытой руды увеличением числа действующих очистных блоков.

3.3.3. Усреднение разнокачественных руд путём выделения отдельных рудопотоков.

3.4.1. Стабилизация состава руды при выполнении производственных процессов добычи руд.

3.4.2. Рудоспуски и бункеры как средства стабилизации состава рудной массы.

3.4.3 . Стабилизация состава руды в штабельных складах.

3.4.4. Возможности применения в технологической схеме рудника специального смесительного оборудования.

3.5. Укрупнённая оценка функциональных возможностей основных способов стабилизации качества рудной массы в технологической : схеме рудника.

Выводы по главе 3.

4. Разработка и обоснование рудничной системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд на примере рудника «Заполярный».

4.1. Состав рудничной системы стабилизации качества руд.

4.2. Выбор типа горно-технического смесителя и обоснование его конструктивных параметров и режима функционирования.

4.3. Укрупнённая оценка экономической эффективности стабилизации состава вкрапленных медно-никелевых руд.

Выводы по главе 4.

Заклю чение.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче"

Актуальность работы. В современных условиях одним из важнейших факторов, влияющих * на технолого-экономические показатели горно- < металлургического производства является, наряду с вещественным составом рудо-минерального сырья, его стабильность. Колебания качества руды создают значительные трудности в переработке руды, ухудшая такие технологические показатели обогащения как извлечение металлов, выход и качество концентратов. Это, в свою очередь, приводит к неполному использованию минерального сырья, увеличению затрат на металлургический передел и, как следствие, к снижению экономической эффективности всего горно-металлургического комплекса. Другое важное обстоятельство это — увеличение отходов и, соответственно, ухудшение экологической обстановки при переработке полезных ископаемых с относительно низким уровнем качества и с высокой его изменчивостью. Дестабилизация вещественного состава добытых руд значительно обостряется при снижении среднего содержания полезных компонентов в добытой рудной массе.

Основной способ решения проблемы стабильности состава руд -технологический, выполняемый на стадии подготовки рудо-минерального сырья к обогащению и переработке. При этом далеко не всегда достаточно полно используется имеющийся потенциал подземных рудников, объективно обладающих значительными возможностями для снижения природной изменчивости показателей качества руды в пределах шахтного поля. Особенно это касается снижения размаха колебаний в низкочастотной (высокоамплитудной) части спектра, сглаживание которого при обогатительном производстве связано со значительными капитальными и эксплуатационными затратами. При этом возникает необходимость создания очень крупных усреднительных складов, которые должны обеспечивать снижение колебаний качества руд по всему их диапазону, что чрезмерно усложняет и удорожает перерабатывающее производство, поскольку требует применения принципиально разных технических средств и технологий усреднения в одной технологической схеме.

Для существенного и систематического снижения изменчивости показателей качества руды технологически и экономически более эффективно, если процесс стабилизации осуществляется в общей производственной системе: «рудник - транспорт руды - обогатительная фабрика». При этом достичь снижения колебания в низкочастотной части спектра изменчивости качества руды можно наиболее результативно непосредственно в руднике, а на обогатительной фабрике целесообразно снижать его высокочастотную составляющую. Конкретные технологии усреднения рудной массы и её параметры зависят от размаха и. соответственно, частоты изменчивости качества, а также от среднего уровня содержания полезного компонента в разрабатываемом участке недр.

В диссертации условия и пути повышения стабильности вещественного состава медно-никелевых руд, добываемых подземным способом, изучались на примере месторождения «Норильск-1», промышленная эксплуатация которого ведётся с 1938 года. К настоящему времени здесь отработаны богатые запасы. Оставшиеся минерально-сырьевые ресурсы представлены вкрапленными медно-никелевыми рудами с относительно небольшим содержанием полезных компонентов, но среди которых кроме никеля и меди содержатся металлы платиновой группы и другие ценные продукты.

Актуальность совершенствования технологии добычи сравнительно бедных руд в режиме повышения стабильности их состава определяется тем, что в структуре запасов норильских месторождений основное количество металла (до 70%) находятся во вкрапленных рудах, доля которых по мере интенсивной выемки богатых руд неуклонно возрастает. В связи с многолетней практикой интенсивной первоочередной выемки наиболее богатой части запасов руд, к настоящему времени произошло общее значительное снижение качества запасов руд во всех норильских месторождениях, что требует срочного принятия кардинальных мер по их эксплуатации с созданием условий для более рациональной разработки.

Одним из перспективных методов решения этой проблемы является повышение стабильности вещественного состава относительно бедных медно-никелевых руд, путём создания в рудниках современной производственной системы, обеспечивающей снижение изменчивости качества их продукции.

Цель работы — обоснование, на основе установленных зависимостей, производственной системы стабилизации вещественного состава бедных медно-никелевых руд, способной существенно снизить изменчивость качества продукции подземного рудника, создав тем самым условия для повышения полноты извлечения запасов недр.

Идея диссертации заключается в том, что подземный рудник рассматривается не только как горнодобывающее звено в общем горнометаллургическом комплексе, но и как производство, способное в определённой мере эффективно снижать уровень изменчивости содержания полезных компонентов в рудопотоке.

Задачи исследований:

- анализ состояния проблемы качества рудного сырья, а также обобщение данных практики и исследований в рассматриваемой области;

- установление влияния качества медно-никелевого рудного сырья и его изменчивости на показатели обогащения;

- изучение природной изменчивости качества руды в залежи и её влияния на формирование стабильного состава добытой рудной массы;

- оценка стабилизационной способности технологической схемы рудника;

- изучение явления сегрегации качества руд в технологической схеме рудника и разработка мер по её нейтрализации;

- укрупнённая технологическая оценка современных способов стабилизации состава полезных ископаемых в подземных рудниках и уточнение их классификации;

- разработка системы горно-технологических и организационно-технических мероприятий, способной обеспечить существенное повышение стабильности качественного состава рудной массы, направляемой на обогащение;

- технико-экономическая оценка предлагаемых решений по улучшению качества выдаваемой руды.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение результатов ранее выполненных научных работ, анализ зарубежного и отечественного опыта по управлению качеством полезных ископаемых при добыче; натурное опробование руды в залежах и рудопотоке с их геолого-минералогическими испытаниями и корреляционным анализом; производственные исследования по оценке стабилизационной способности технологической схемы рудника; аналитические исследования с использованием методов теории вероятностей и математической статистики, а также технико-экономический анализ результатов работы.

Основные научные положения диссертации и их новизна:

1. Снижение показателя изменчивости — среднеквадратичного отклонения - содержания никеля в бедной медно-никелевой руде, поступающей на обогащение, с 0,1 до 0,01 сопровождается повышением извлечения никеля с 67,2 до 70,3% и увеличением выхода никелевого концентрата с 5,7 до 8,2%; соответственно доля прибыли за счёт никеля, извлекаемого из 1 т руды, возрастает на 18%.

2. Установлено, что рудное поле рудника «Заполярный» по уровню природной изменчивости качества медно-никелевых руд (ст = 0,04.0,35) относится к числу весьма сложных с позиции обеспечения стабильности вещественного состава добытой рудной массы, для достижения чего требуется применение наиболее глубоких технологий стабилизации её состава.

3. На примере действующего горнодобывающего предприятия определена естественная стабилизирующая способность подземного рудника, которая изменяется в зависимости от природных условий и технологической схемы горно-добычных работ в диапазоне от минусовых значений коэффициента усреднения (при проявлении гранулометрической сегрегации) до 1,5 и выше.

4. Создание рудничной системы стабилизации качества относительно бедных медно-никелевых руд, основные положения которой разработаны в диссертации, позволит в 2.3 раза поднять нынешние показатели стабильности состава рудной массы на выходе из рудника, существенно улучшить эффективность работы всего комплекса горнометаллургического производства и повысить полноту извлечения запасов недр.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются надёжностью и представительностью исходных данных, использованием апробированных методик исследования и высокой степенью корреляции полученных зависимостей (корреляционное отношение R2= 0,5.0,8).

Научное значение работы заключается в систематизации способов снижения изменчивости вещественного состава рудной массы при подземной добыче и в теоретическом обосновании рудничной системы стабилизации качества бедных руд.

Практическое значение работы состоит в совершенствовании технологии и организации горнодобывающего производства в направлении повышения его стабилизационной способности и в рекомендациях по их практическому применению в действующем руднике в соответствии с состоянием минерально-сырьевой базы.

Реализация основных результатов работы. Научные результаты и практические рекомендации переданы для использования при реализации программы дальнейшего развития рудника «Заполярный».

Результаты исследования используются в учебном процессе Московского государственного горного университета и Норильского индустриального института при изучении учебных дисциплин «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Горная квалиметрия» и «Управление качеством руд при добыче», а также в учебном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях технического совета рудника «Заполярный» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», на научно-технических конференциях «Неделя горняка» при МГГУ в 2007 и 2008 годах, на заседаниях кафедр РМПИ Норильского индустриального института и ТПР Московского государственного горного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 статьи.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, 39 рисунков, 17 таблиц, списка литературы из 47 наименований, содержит 5 приложений с исходными данными исследования.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Туртыгина, Наталья Александровна

Выводы по главе 4:

1. Разработана структура рудничной системы стабилизации качества руды и основное содержание элементов этой системы.

2. Одним из важнейших элементов системы формирования стабильного состава добытой рудной массы является информационный блок, который требует первоочередной модернизации в направлении осущественного повышения оперативности и точности получения информации о показателях качества руды по всей технологической цепочке рудника.

3. Ключевым в предлагаемой системе стабилизации качества руды является блок обоснования технологических и организационных решений, принципиальная структура и содержание которого разработаны в диссертации.

4. На примере рудника «Заполярный» предложенна реконструкция дробильно-перегрузозочного комплеса в стбилизационный, теоретической и инженерной базой которых являются положения, разработанных в диссертации.

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой дано научное решение задачи обоснования системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд в подземном руднике.',и разработан комплекс инженерных решений, направленных на практическое улучшение состава добытой рудной массы, в условиях систематического обеднения запасов недр и одновременного повышения природной изменчивости показателей качества руд.

Поскольку в бедных медно-никелевых рудах содержится более 70% • запасов никеля, меди, кобальта, платиноидов и других ценных полезных компонентов, то эти руды в ближайшую перспективу становятся главным источником этих металлов.

По результатам работы лично автором получены следующие результаты:

1. На основании обработки большого массива исходных данных установлены надёжные корреляционные зависимости результатов обогащения медно-никелевых руд от их качества и стабильности вещественного состава. При этом повышение показателя изменчивости — среднеквадратичного отклонения содержания никеля в руде с 0;01 до 0,1 приводит, в среднем, к снижению извлечения металла с 70,3 до 67,2% и соответственно - к снижению выхода никелевого концентрата с 8,2 до 5,7%.

2. Установлено, что объект исследования - медно-никелевое месторождение «Норильск-1» по уровню природной изменчивости показателя качества руд (а = 0,14.0,32), с учётом наличия явления гранулометрической сегрегации, относится к числу наиболее сложных среди других медно-никелевых месторождений, что предопределяет необходимость применения глубоких технологий стабилизации состава рудной массы.

3. Показано, что подземный рудник способен стать эффективным средством повышения стабильности вещественного состава рудо-минерального сырья. При этом наиболее результативно в руднике может стабилизироваться низкочастотная часть спектра колебания качества руд.

4. Подземный рудник, в силу широкого использования в технологии добычи гравитационных процессов, наличия большого числа очистных забоев, перегрузочных работ и перемещений руды, объективно обладает наибольшими среди других горнодобывающих производств возможностями для борьбы с дестабилизацией качества добычи. Однако надёжно обеспечивать стабильный состав добытой рудной' массы, в условиях разработки бедных медно-никелевых руд, лишь за счёт естественной стабилизационной способности технологической схемы рудника в полной мере нереально. При этом главным фактором, препятствующим снижению изменчивости качества рудной массы, является явление гранулометрической сегрегации.

5. Производственная проблема стабилизации вещественного состава бедных медно-никелевых руд не может быть решена, кардинально за счёт отдельных рационализации технологии. Для этого требуется надёжная система технических, технологических и организационных мероприятий, существенную часть которых целесообразно возложить на подземный рудник.

6. В диссертации дано научное и инженерное обоснование рудничной системы формирования стабильного состава добытой рудной массы, которая включает в себя следующие блоки, принципиальное содержание которых разработано в диссертации:

• информации о качественно-количественных характеристиках руды в недрах и в основных узлах технологической схемы рудника; о • планирования и организации горных работ в режиме стабилизации вещественного состава рудной массы;

• обоснования технических, технологических и управляющих решений при усреднении и смешении разнокачественных руд;

• контроля качества выполнения работ.

7. Внедрение результатов исследования в практику отечественных рудников позволит в 2.3 и более раз повысить стабильность вещественного состава добытых руд и тем самым существенно улучшить полезное использование минеральных ресурсов и показатели эффективности перерабатывающих производств.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Туртыгина, Наталья Александровна, Москва

1. Аврамов В.Е. Планирование эксперимента и прогнозирование качества сырья на горных предприятиях, — М.: Недра, 1981.

2. 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.

3. Арсеньев С.П., Прудовский А.Д., Внутрикарьерное усреднение железных руд. М., Недра 1980.

4. Бастан П.П. Смешивание и сортировка руд, М.:Недра,1982

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

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

7. Богуславский Э.И. Управление качеством руды. СПб, СПГГИ, 2002.

8. Букринский В.А. Геометрия недр. М., Недра, 1985.

9. Бызов В.Ф. Управление качеством продукции карьеров. М., Недра, 1991 г.

10. Ю.Венцель Е.С. Теория вероятностей.- М., Наука, 1964.

11. П.Виноградов Н.М., Евдокимов В.Т., Хитарова Е.М. Общая теория статистики. М., Статистика, 1968.

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

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

14. И.Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд. М., Недра, 1986 г

15. Зарайский В.Н., Николаев К.П., Казанский К.В. Усреднение руд. М., -Недра, 1975/

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

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

18. Каплунов Д.Р., Жиганов Е.В., Жовтис Е.А. и др. Методические положения по стабилизации качества добываемого сырья при подземной разработке рудных месторождений. М., Алма-Ата. Изд. ИГД РК, 1992.

19. Карпенко Н.В. Опробование и контроль качества продуктов обогащения руд, М.: Недра, 1987.

20. Кожиев Х.Х Влияние технологии подземной очистной выемки на стабильность качества добываемой руды // Сб. трудов: Разработка руд цветных металлов, Норильск, 1987.

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

22. Кусков Р1К. Обогащение и переработка полезного ископаемого,- М.: Недра, 2002/

23. Куттыкбаев К.К. Обоснование технологии и параметров межпанельного усреднения рудной массы.- Канд. дисс. МГИ, 1998.

24. Литвиненко В.В., Туртыгина Н.А. Технико-экономическая эффективность стабилизации качества руды // Сборник научных трудов «Добыча и переработка руд Норильского промышленного района» НИИ, 2005.

25. Литвиненко В.В., Туртыгина Н.А., Цырульник Р.П. Экономика и. организация производства, — Норильск, Изд. НИИ, 2005. :

26. Литвиненко В.В., Туртыгина Н.А Технико-экономическая эффективность от стабилизации качества руды // Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ 2008.- № 8,

27. Литвиненко В.В., Туртыгина Н.А. Программный продукт по определению себестоимости горнорудной продукции. // Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ? 2008 г. -№ 7.

28. Ломоносов Г.Г. Повышение качества продукции отечественногогорнорудного производства как основа повышения еёконкурентоспособности//Горный журнал, -2004.- №10/

29. Ломоносов Г.Г. Горная квалиметрия. М., Изд. МГГУ, 2000.

30. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руды при открытой добыче.1. М., Недра, 1975.

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

32. Ломоносов Г.Г., Жигалов М.Л., Основные ' принципы управления качеством руд на подземных рудниках //Горный журнал, 1991 г.

33. Ломоносов Г.Г. Основные проблемы подземных рудников и концепция их технического перевооружения. Горный журнал, 1997 г.-№7.

34. Ломоносов Г.Г., Туртыгина Н.А. Систематизация способов стпбилизации состава рудной массы в подземном руднике. //Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ 2008 г.- № 12/

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

36. Птицын A.M., Дюдин Ю.К., Синдаровский А.Н., Руднев Б.П. Оценка перспектив развития горно-металлургической базы ряда металлов в Российской Федерации. М. Гипроцветмет. 2002.

37. Пономарёв Л.Ф., Реуцкий Ю.В., Шкарпетин В.В. Использование элементов АСУ пери подземной добыче руд. М. Горный журнал, №11, 1989 г.

38. Рыжов П.А. Геометрия недр. М., Недра, 1964.

39. Ткачев Ю.А., Бендрань А.В., Скоробогатова В.Ю. Обработка проб полезных ископаемых, М.: Недра, 1986.

40. Трубецкой К.Н. , Каплунов Д.Р., Берниковский К.Б., Мизерницкий Л.А. Проблема рационального использования железорудных ресурсов России //Горный журнал , 1994 №5.

41. Туртыгина Н.А. Модернизация рудничной системы стабилизации качества рудной массы //Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ 2008.- № 12.

42. Туртыгина Н.А., Сущность проблемы стабилизации качества руды.// Научный вестник, НИИ, 2008 г.

43. TypTbiraHaj Н.А., Куликов Ф.М. Природные ресурсы и их рациональное использование,— Норильск, Изд. НИИ, 2008.

44. Туртыгина Н.А. Проектирование горных предприятий, Норильск, Изд. НИИ, 2008.

45. Фам Нгок Хай Обоснование системы усреднения качества железных руд. Канд. дисс. - МГГУ, 1998.

46. Чжу Син Гень Обоснование параметров подземной усреднительнойсистемы. Канд. дисс.,- МГГУ, 1994 г.

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

48. Геологическая, проектная и производственная документация по разработке месторождения «Норильск-1» подземными и открытыми рудниками.