Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии стабилизации качества рудной массы при подземной разработке маломощных месторождений многокомпонентных руд

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии стабилизации качества рудной массы при подземной разработке маломощных месторождений многокомпонентных руд"

На правах рукописи

Хугаева Гульнара Нодаровна

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТАБИЛИЗАЦИИ

КАЧЕСТВА РУДНОЙ МАССЫ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МАЛОМОЩНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РУД

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Владикавказ 2013

005542474

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «СевероКавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) на кафедре «Технология разработки месторождений»

им. М.И. Агошкова

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кафедры «Подземная разработка рудных месторождений (ТПР)» ФГБОУ ВПО «МГГУ»

доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобильные дороги и аэродромы» ФГБОУ ВПО «СКГМИ (ГТУ)»

Защита состоится «21» декабря 2013 г. в 10 час. 30 мин. на заседании специализированного диссертационного Совета Д 212.246.02 при СевероКавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу: 362021, PCO-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, факс 8(8672) 40-72-03, E-mail: info@skgmi-gtu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

КОЖИЕВ Хамбн Хадзимурзович

ЛОМОНОСОВ Геральд Георгиевич

ЛОЛАЕВ Алан Батразович

Ведущая организация:

ОАО «ГМК "НОРИЛЬСКИМ НИКЕЛЬ"»

Автореферат разослан «20» ноября 2013 г.

Ученый секретарь Совета

доктор технических наук, профессор

Гегелашвили М.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. На эффективность функционирования горно-металлургического производства наряду с вещественным составом руды, влияет стабильность ее качества. Качество рудной массы, в значительной степени определяется естественными условиями месторождения. Как правило, на отечественных горнодобывающих предприятиях проблема стабилизации качества добытой руды решается в основном путем вовлечения в разработку более богатых запасов. Однако, маломощные месторождения, находящиеся в отработке в течение значительного количества времени, зачастую не располагают богатыми запасами, вовлечением в разработку которых, можно было бы решить проблему повышения стабильности состава добываемой рудной массы. На этих месторождениях наблюдается значительный разброс содержаний полезных компонентов в руде. Примером таких месторождений являются месторождения Садонского рудного узла. Очевидно, применение на таких месторождениях усреднительных мероприятий, является эффективным способом стабилизации состава рудной массы.

Многолетняя практика интенсивной первоочередной выемки наиболее богатых руд к настоящему времени привела к значительному снижению качества запасов руд на месторождениях Садонского рудного узла, что требует принятия кардинальных мер по их эксплуатации с созданием условий для более рациональной разработки.

Продление срока отработки месторождений малой производственной мощности, которые к тому же, являются градообразующими, является наряду с технологической, важной социальной задачей.

Оптимизация параметров усреднительной системы любого рудника с целью повышения стабильности состава руды является одним из эффективных способов решения этой задачи.

Цель работы - теоретическое и инженерное обоснование технологии и параметров усреднения качества руды при подземной разработке маломощных месторождений многокомпонентных руд.

Идея диссертации - технология стабилизации качества рудной массы рассматривается как важнейшее условие максимального извлечения полезных компонентов и минимизации их потерь при дальнейшей переработке.

Задачи исследований:

1. Количественная оценка тенденции ухудшения минеральной базы, а также изучение влияния изменений горно-геологических условий и технологических особенностей подземной разработки на стабильность качества выдаваемой руды, обобщение данных практики и исследований в этих вопросах;

2. Исследование влияния однородности подаваемой на фабрику руды на выход концентратов и количество металла в хвостах;

3. Обоснование технологических решений по стабилизации показателей качества руды.

Методы исследований. В диссертации проанализированы ранее выполненные научные работы, изучены состояние вопросов усреднения руды и планирования горных работ на подземных зарубежных и отечественных рудниках, аналитические исследования с использованием методов теории вероятностей, математической статистики.

Основные научные положения диссертации:

1. Установлено, что месторождения Садонского рудного узла по степени изменчивости природного качества свинцово-цинковых руд (сгп = 0.435-0.1930 арь = 0.0966-0.2456), являются сложными с точки зрения обеспечения стабильности вещественного состава добытой рудной массы. Коэффициент взаимной корреляции партий исходной руды, поступающих на дальнейшую обработку - г = 0,49 .

2. Установлено, что технологические показатели переработки свинцово-цинковых руд являются функцией как от содержания металла в руде, так и от степени изменчивости качества этой руды и адекватно описываются четырехфакторным нелинейным уравнением регрессии со значением критерия Фишера от 85 до 90%.

3. Обоснована поэтапная технология стабилизации качества свинцово-цинковых руд, а именно применение на каждом руднике системы разработки с магазинированием и раздельной выемкой руды и общего штабельного усреднительного склада с наклонными слоями. Это позволит повысить существующие показатели стабильности состава подаваемой рудной массы (коэффициент усреднения - 2,8 и, соответственно, снижение среднеквадратичного отклонения содержания металлов в исходной руде на 38%), что значительно улучшает эффективность работы всего горно-металлургического комплекса.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Изучена изменчивость состава добываемых руд, обусловленная естественными причинами и особенностями применяемой технологии добычи, и впервые определен коэффициент взаимной корреляции смежных партий руды.

2. Выявлены закономерности влияния качества исходных свинцо-во-цинковых руд на технологические показатели дальнейшей переработки, что позволяет оценить последствия от ухудшения качества товарной руды и создает благоприятные условия для установления экономической эффективности мероприятий по управлению качеством

РУД-

3. Для обеспечения стабильности качества руды в рудопотоке предложена поэтапная технология стабилизации многокомпонентных руд маломощных месторождений. Эта технология включает в себя внедрение на каждом отдельном руднике системы с магазинированием с раздельной выемкой руды и организацию смешивания руд перед подачей в систему дальнейшей переработки на общем штабельном ус-реднительном складе со складированием наклонными слоями и отгрузкой экскаватором вкрест напластования слоев.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основана на достаточном объеме обработанных статистических данных, проведении необходимого количества расчетов, применении современных методов исследований, достаточного соответствия результатов теоретических исследований практическим данным.

Научное значение работы:- предложена модель усреднительной схемы рудника с учетом целесообразного уровня колебаний качества руды.

Практическое значение работы: Полученные решения позволяют улучшить стабильность состава подаваемой руды и экономическую эффективность горно-металлургического комплекса, путем воздействия на технологию и организацию горнодобывающего производства, исходя из минерально-сырьевой базы предприятия.

Реализация основных результатов работы. Научные результаты и практические рекомендации направлены на Садонский СЦК, для использования их при планировании дальнейшего развития производства.

Результаты исследования используются в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при изучении дисциплины «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2010.), заседании кафедры «ТРМ» СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2012 г.), Международной конференции МК-9-11, ПДЗ 25. 02.11.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК Минобр-науки России - 3 статьи.

Объём работы. Диссертация общим объемом 168с. машинописного текста состоит из введения, 4 глав и заключения, 29 рис., 19 табл., списка литературы из 37 наименований и 2 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Наиболее заметный вклад в решение проблемы усреднения и стабилизации качества добываемой руды внесли академики: Агошков М.И., Мельников Н.В., Ржевский В. В., Трубецкой К.Н., Чантурия В.А., член-корреспондент РАН Каплунов Д.Р.

Огромное внимание уделяли этой проблеме ученые Азбель Е.И., Бастан ПЛ., Габараев О. 3., Гринев Р. М., Каплунов Д. Р., Кожиев X. X., Ломоносов Г. Г., Лолаев А.Б., Манилов И. А., Мельников Н. В., Пейхель Г. В., Рыжов В. П., Туртыгина H.A., Фугзан М. Д., Шестаков В. А. и другие. Исследованиями этого вопроса занимаются в таких институтах как - ИПКОН РАН, Гипроруда, МГГУ, Механобр, Уралги-проруда, ДГИ, КГРИ, КазПИ, НИИКМА и на ряде горнодобывающих предприятий.

Одно из основных требований, выдвигаемых потребителями минерального сырья, относится к стабильности его качества. Повышение однородности и стабилизация качественного состава руды, начиная с процесса ее добычи, осуществляются усреднением рудной массы.

Стабилизация качества - это обеспечение той или иной степени качественной однородности добываемой руды в диапазонах, целесообразных в технико-экономическом отношении, путем регулирования технологических процессов и проведения соответствующих организационно-технических мероприятий на различных этапах добычи и транспортировки сырья. Одним из элементов стабилизации, предна-

значенным для достижения необходимой качественной однородности рудной массы, является усреднение ее качества.

Усреднение качества руд - совокупность операций, в результате которых уменьшаются и стабилизируются в определенных пределах амплитудные колебания показателей качества и изменяются частотные характеристики колебаний с целью изменить спектр частот и средний период колебаний для заданных объемов руды. Оно достигается смешиванием объемов руд, отличающихся по минералогическому и химическому составу и физическим свойствам. Стабильность качества руды оценивается величиной отклонения от среднего содержания полезных (вредных) компонентов от среднего в контролируем момент времени.

Изучение изменчивости свинцово-цинковых руд Садонского рудного узла

Измен&.чие содержаний свинца и цинка ч гвопогических запасах и добытой руде за период с 1965 г по 1385 г. (г,о Свдонской группе м-ий)

Рис. 1. Изменение содержания свинца и цинка в геологических запасах и добытой руде за период с 1965 г. по 1985 г. (по Садонской группе месторождений).

Данные отработки Садонского свинцово-цинкового месторождения (рис. 1) свидетельствуют о неуклонном снижении содержания ме-

талла в рудах по мере опускания работ в недра. За период с 1969г по 1979г содержание металла в рудах ежегодно снижалось на 6% по свинцу и на 4% по цинку. За период с 1958 по 1978 гг добыча руды по комбинату выросла на 43%, содержание металла в товарной руде снизилось в 3,2 раза, выпуск металла в концентраты сократился на 37%, а их себестоимость выросла в 2,5 раза.

По анализу данных ССЦК были получены следующие результаты:

Содержание РЬв руде, %

Извлечение РЬ в РЬ концентрат, %

Рис. 2. Влияние содержания свинца в руде на извлечение его в свинцовый

концентрат.

Как видно из графика (рис. 2), подача руда с неравномерным содержанием полезных компонентов, в данном случае свинца и цинка, приводит к снижению выхода концентрата на десятки процентов. Обогатительная фабрика не может существенно изменять свои технологические режимы в течение рабочей смены, особенно при непредвиденных изменениях запланированных первоначальных условий. В связи с этим, при несоответствии качества подаваемой руды параметрам тех-

нологии переработки, происходит существенное недоизвлечение полезных компонентов из перерабатываемой руды, соответственно, снижение выхода концентрата, ухудшение его качества, возрастает расход реагентов и в целом себестоимость обогащения. Следовательно, необходимо уделять достаточное внимание стабилизации качества руды.

В диссертации был выполнен корреляционный анализ влияния содержания свинца и цинка на основные технологические показатели обогащения.

Для математической обработки в качестве исходных показателей были взяты данные из журнала проб Мизурской обогатительной фабрики за один месяц 2006 г. По каждому дню месяца и для каждого рудника был определен стандарт распределения содержания свинца и цинка. По суммарным показателям был рассчитан коэффициент взаимной корреляции смежных партий исходной руды, направляемой на дальнейшую переработку, который оказался равным г - 0,49 Это явилось дополнительным косвенным подтверждением необходимости проведения мероприятий по стабилизации качества исходной руды перед ее направлением на дальнейшую обработку.

Исследование влияния изменчивости руды на технологические показатели работы Мизурской обогатительной фабрики

Первоначально было рассмотрено влияние содержания свинца и цинка в исходной руде на технологические показатели работы фабрики для условий месторождений Садонского рудного узла на основе посменного и посуточного опробования на Мизурской обогатительной фабрики.

В процессе выполнения корреляционного анализа были приняты следующие обозначения:

- содержание свинца в руде - ап ,%;

- в свинцовом концентрате - /ЗЦ ,%;

- в цинковом концентрате - Р'2 , %;

ап

- в хвостах - ахе .%;

- содержание цинка в руде - <^7.п , %;

- в свинцовом концентрате - Д^ , %;

- в цинковом концентрате - Р7лл , %;

¿\2п

- в хвостах - &хв , %;

- выход свинцового концентрата —, УРЬ

у

- выход цинкового концентрата - г",

- выход хвостов — У хв ;

ррь

- извлечение свинца в свинцовыи концентрат - ЬРЬ

£РЬ

- извлечение свинца в цинковыи концентрат - °й!

РЬ

- извлечение цинка в свинцовыи концентрат -

- извлечение цинка в цинковыи концентрат -

- извлечение свинца в хвосты — °Хв ■,

- извлечение цинка в хвосты -

е*

Получены корреляционные зависимости:

£рЬь=ЛаРь); Урь=/(арь)

Оказалось, что при одном и том же содержании свинца и цинка в руде получаются разные выходные показатели. Получилось, что нельзя учитывать влияние только одного параметра - содержания цинка или свинца в руде, явно просматривается влияние второго показателя. При проведении расчетов для двухкомпонентной руды, выявлено, что кроме двух факторов (содержание свинца и цинка в руде) необходимо учитывать параметры характеризующие изменчивость (среднеквадратичное отклонение содержания каждого из металлов или эмпирический стандарт распределения каждого металла). Т.е. необходимо учесть четыре фактора и перейти к множественной нелинейной рег-

рессии. Было учтено влияние не только каждого фактора в отдельности , но и эффекты их взаимодействия.

При обогащении руды, содержащей два металла, выделяются три конечных продукта: два концентрата и хвосты. При этом оба металла, содержащиеся в руде, распределяются по трем продуктам. При этом необходимо учитывать показатели не только основного металла, но и сопутствующего. Для выхода свинца необходимо учитывать показатели цинка и наоборот.

Для оценки влияния каждого компонента на технологические показатели работы ОФ необходимо перейти к кодированным факторам. По результатам наблюдений рассчитаны коэффициенты уравнения множественной регрессии второго порядка.

у = Ь0 + Ь1х] + Ь2х2 + Ь3х3 + 64х4 + Ьпххх2 +

613х,х3 +Ь2Лх2х4 +Ьмх3хА +Ьпх^ + Ъ22х22 + 633X3 +644X4

Где:

_ аРЬ-аРЬ _ сгРЬ - <тРЬ сггп - ¿гг„

-Л^ — "2 — 3 — 4

А аРЬ . А аРЬ . Ааг„ . А ст2я

■> > >

Таблица 1

Кодировка факторов

Фактор шах т'т Сред Дизм

Содержание свинца в руде, арь 1,35 0,97 1,16 0,19

Стандарт распределения свинца, арь 0,193 0,0435 0,118 0,075

Содержание цинка в руде, а./п 2,36 1,57 1,965 0,395

Стандарт распределения цинка, аи 0,2456 0,0980 0,172 0,074

Таблица 2

Значения коэффициентов уравнений регрессии

Ь РРЪ еРЪ РЬ РЬ £2п еРЪ

ьо 58,235 55,115 11,514 2,529 70,699 3,418

\ Ы 4,651 1,353 -2,226 0,091 0,825 -0,281

Ь2 Ы 13,269 3,623 -5,683 -0,093 2,329 -0,69

Ь(а2п) 0,503 0,598 1,853 0,395 0,673 0,312

-1,763 0,073 5,125 -0,148 -3,539 0,216

ьп(аРьагп) 1,848 1,65 -0,036 -0,145 -1,632 -0,601

кХаРЪагп) 23,898 14,412 -19,265 -0,216 2,866 -1,529

-7,013 -1,56 4,118 -0,011 -3,049 -1,269

ьЛа2п°'2п) 2,143 -1,025 -0,077 0,112 2,538 1,177

Ьи аРЬ -9,678 -5,748 5,723 0,182 0,845 0,916

-9,536. -1,683 8,367 -0,143 -5,894 -0,443

Ь»а1п -12,528 -8,07 12,949 -0,017 -4,:277 0,53

-5,28 -6,268 0,841 0,556 5,742 1,19

После анализа выявлено, что наиболее существенное влияние на качество концентрата и извлечение металлов в концентраты оказывают абсолютные значения стандартов распределений свинца и цинка в подаваемой руде (выд елено в приведенной таблице). Для проверки значимости уравнения регрессии был использован критерий Фишера, значение которого составило от 85 до 90%.

Оптимизация способов и параметров стабилизации состава руды как элементов рудничной системы управления качеством

Основная причина усреднения руд перед обогащением, заключается в том, что обогатительные фабрики являются системами с узким диапазоном регулирования в зависимости от качества руды. Фабрика представляет собой высокоинерционную систему, управление которой невозможно осуществлять на основе мгновенных характеристик показателей качества.

Только при наличии прогнозной информации, характеризующей качество руд, на срок не менее сменной производительности, могут быть приняты решения по корректировке управляющих параметров. Очевидно, такая информация может быть получена при обогащении руды из заранее подготовленного усреднительного штабеля или бункера. Для руд цветных металлов усреднение является обязательной операцией, обеспечивающей управление технологическими параметрами обогатительного процесса, в режиме, соответствующем качеству РУДЫ.

Усреднение руды за сменный или суточный период не устраняет межпериодные колебания и не гарантирует однородность в малых порциях, если руда не подвергалась сплошному перемешиванию. Способы стабилизации состава рудной массы включают: А) В руднике: При отбойке, выпуске и доставке руды; в участковых рудоспусках; увеличением числа забоев; регулированием объемов добычи по забоям; в общерудничных усреднительных комплексах: -однобункерных -многобункерных

- Смешиванием рудопотоков

Б) На промплощадке в складах:

- Штабельных: с наклонными слоями; с горизонтальными слоями; с усреднительными машинами; на колесах; эстакадных.

- Переформированием ж.д. составов с рудой

На рудниках Садонского СЦК способствовать выдаче руды более стабильного качества можно, применив разработанную на кафедре «Технология разработки месторождений» СКГМИ (ГТУ) - автор проф. Габараев О. 3., систему разработки с магазинированием с раздельной выемкой руды. Этот способ отработки заключается в разделении блока на две части путем проведения посередине рудоспуска. Способ позволяет отсортировывать пустые породы в первую часть блока, а руду во вторую часть, откуда осуществляется ее выпуск. Раздельная отбойка руды и вмещающих пород позволяет избежать разу-боживания руды при отбойке. Данную систему отработки можно применять при отработке тонких крутопадающих жил.

Рис. 3. Система с магазинированием с раздельной выемкой руды. 1 - этажный штрек; 2 - восстающий; 3 - рудоспуск; 4, 5 - 1-я и 2-я части блока; 6 - люковое устройство; 7 — руда; 8 — настил из стальных листов;

9 - бетонный настил.

В соответствии со шкалой укрупненной оценки смесительной способности производственных процессов, горнотехнических сооружений

и технических средств (по данным д.т.н. Ломоносова Г.Г. и его ученицы к.т.н.Туртыгиной H.A.) коэффициент уменьшения дисперсии данной системы(с учетом ожидаемых значений при шпуровой отбойке и раздельном выпуске руды) составит:

В связи со спецификой и отсутствием на ССЦК общерудничных усреднительных комплексов - однобункерных и многобункерных, смешивание рудопотоков, с целью усреднения руды представляется возможным только на промплощадке рудника. Строительство усреднительных комплексов на отдельных рудниках ССЦК экономически нецелесообразно.

Параметры корреляционной функции показателей качества потока руды, направляемой на усреднение, определяют параметры усреднительных штабелей: вместимость, длину, высоту, число слоев, коэффициент усреднения. Поэтому перед проектированием усреднительной системы должны быть установлены возможности изменения параметров корреляционной функции а, в результате которых заданная степень усреднения могла бы быть достигнута в штабелях малой емкости. В основном, штабельные склады применяют на поверхностном комплексе рудника. Они являются дост аточно эффективным средством стабилизации состава руды. Достоинство таких складов при руднике заключается в возможности более оперативно и эффективно управлять процессом стабилизации, поскольку их местоположение рядом с устьем рудника значительно упрощает пополнение штабелей рудой необходимого качества и утилизацию пустых пород.

На Садонском СЦК рекомендуется применить штабельный склад с центральной железнодорожной разгрузочной эстакадой. Разгрузка руды из вагонеток осуществляется при помощи кругового опрокидывателя, расположенного между двумя штабелями, один из которых находится в работе, другой в подготовке. Разгружается руда, поступающая поочередно из трех рудников. Объем одного слоя равен в среднем (вместимость состава примерно из 16 вагонеток, при применении вагонеток ВГ-1,2) 150мЗ. При погрузке из склада черпание руды осуществляется экскаватором, перпендикулярно расположению слоев. Усредненная руда, посредством ковша экскаватора подается непосредственно в бункер обогатительной фабрики.

Параметры склада:

Высота склада, м - Нсл = 6

Длина склада, м - Ьск = 24

Ширина склада, м - Вск = 6,9

Объем склада, м3 - = Я„ х х Вг = 993,6

Насыпная плотность руды, т/м - р = 2

Емкость склада, т - <2<к = хр = 1,987x10'

Угол естественного откоса, град - ро = 35

Угол черпания ковша, град - <р = 60

Максимальный размер куска, м - Ц„„ = 0,3

Коэффициент взаимной линейной корреляции - г - 0,49

Коэффициент погашения

корреляционной функции - а = |1п(г)| = 0,713

Вместимость состава вагонеток, м3 (одного слоя) - К =150

Коэффициент уменьшения дисперсии:

Коэффициент уменьшения дисперсии, полученный по результатам расчетов склада

Таким образом, к достоинствам данного усреднительного склада следует отнести его способность хорошо усреднять руду в малых объемах, соизмеримых с емкостью ковша. При черпании вкрест напластования слоев достигается достаточное усреднение гранулометрического состава руды, так как в ковш поступают в равной мере, как крупные куски, так и мелочь.

V

кс

(

\

V +ахН

Кс = 0,458

Усреднительный склад для условий Садонского СЦК

Наименование зданий и сооружений

1 Обогатительная фабрика

1а Бункерное хозяйство

2 Корпус дробления

3 Центральные механические мастерские

4 Электромеханические мастерские

5 Кузнечный цех

Э Экскаватор

К Конвейер

У Усреднительный склад

О Опрокидыватель

Рис. 4. Усреднительный склад для условий Садонского СЦК.

В целом, по рудникам ССЦК, с учетом усреднительных и стабилизационных мероприятий можно добиться:

1) Коэффициента уменьшения дисперсии:

Кс =— х 0,458-0,35 1,3

2) Коэффициента усреднения:

Ку = -— = 2,8 0,35

На рис. 5. в качестве примера показан график регрессии - зависимость технологических показателей работы фабрики от содержания свинца и в руде и стандарта распределения свинца. График построен по результатам парного регрессионного анализа статистических данных текущего сменного опробования работы фабрики (объем массива статистической информации за 30 дней), проведенного в программе МаШС АО. Установлено наличие прямых зависимостей извлечения свинца и цинка в концентраты от среднего содержания свинца и цинка и стандартов их распределения в исходной руде.

--—" .........

-----—--•■

Г-. сЕГ 3 ),2 • ' | / / / / | / - .........Г"""'-

>24 \ \ \ \ \ Ч \ { \ ! ".......'"^х"--' £рЬ м.Кд........ _ \

0 15 ■ \ \ \Чч \ '"■ ч \ X \> • \ \ \ \ \ \ \ \\\ : чУ ч \ 1 \ \ \ \ V \ \

о, (). 11 4 \ч\ ^Очч ¿Г 82,289 .

0,1 У\\ \ -.......""

0,05 0.! 0Л5 ( О П ''1 ттг

3.07В V * с\Н / и .1р 1 ег,% 0.1151

Рис. 5. Зависимость извлечения свинца в свинцовый концентрат от снижения изменчивости качества руды, подаваемой на фабрику.

Оценка изменчивости показателей качества руды проводилась с учетом вероятностно- статистических характеристик рудной массы: среднеквадратичное отклонение с и дисперсия £>=<т . Между характеристиками изменчивости качества руды и технологическими показателями их обогащения существуют корреляционные связи, а именно уменьшение стандартов распределения свинца с 0,1151 до 0,078 и

цинка с 0,1624 до 0,11 в руде приводит к повышению извлечения свинца в свинцовый концентрат с 71,83% до 82,289%, т.е. на 10,459%; улучшается извлечения цинка в цинковый концентрат с 70,995% до 73,444%, т.е. на 2,448%. Увеличение стандартов распределения свинца и цинка и, соответственно, изменчивости содержания металлов в исходной руде отрицательно сказывается на уровне извлечения металлов в концентраты и выходе концентратов, повышаются потери металла в отвальных хвостах.

Снижая стандарты распределения и, следовательно, уменьшая изменчивость показателей качества руды, значительно повышается эффективность процессов обогащения. Полученные количественные результаты предоставляют возможность достаточно реально оценить ущерб от изменчивости качества рудной массы и позволяют достоверно убедиться в необходимости и эффективности мероприятий по улучшению качества рудной массы сырья, подаваемой на Мизурскую ОФ.

Технико-экономическая оценка эффективности стабилизации качества добываемого сырья

Учет стабилизации при проектировании параметров рудника должен вестись исходя из того, что она как комплекс рудоподготовитель-ных мероприятий осуществляется по всей цепи «добыча - переработка» и обеспечивает наибольший технико-экономический эффект по всей цепи.

По расчетам экономический эффект у потребителя, получаемый в результате работы на сырье стабильного качества в условиях Садон-ского СЦК составит:

Экономический эффект, достигаемый в результате применения усреднителыюго склада.

1. Экономический эффект от свинцового концентрата определяется по формуле:

АСРЬ =1008360, руб

АСРЬ=0

2. Экономический эффект от цинкового концентрата определяется по формуле:

д

ХУ;

-Гх+ Цы х£;4,хРрь 1

\ Ме 2п и2п\ мМ? 2"1

ДС2" = 302825, руб

к

Где - 63682,68 руб/т. Я2'7 - 61469,28 руб/т - биржевая

Ме ме

стоимость металла, руб/т

не свинца ]

Лп

, е^! - извлечение свинца и цинка в свинцовый концентрат, РЬ РЬ

дол.ед. До усреднениям^ - 0,7183, - 0,112. После усреднения £ р^ -0, 82289, £^"-0,15567.

РЬ

К» К^" содержание свинца и цинка в свинцовом концентрате, дол.ед. До усредненияК^ -0,57276, К^- 0,15842. После усреднения

К^-0,41443, К??-0,12718.

РЬ РЬ

РЬ

£ , е„ - извлечение цинка и свинца в цинковыи концентрат, 2п 2п

дол.ед. До усреднениям - 0,70995, еРЬ - 0,03499. После усреднения

/п 2п

е._ - 0, 73444, Е^ - 0,04197.

¿п 2п

7п РА

Кг, , КЛ - содержание цинка и свинца в цинковом концентрате, 2п 2п

дол.ед. До усредненияК.г" -0,54652,КРЬ - 0,01609. После усреднения

2п 2п

к1п- 0,46764, КРЬ- 0,01594.

2п Zи

Таким образом применение этой технологии позволит получить прибыль от дополнительного производства свинцового концентрата возрастает, примерно, на 1008360руб, а от цинкового концентрата на 302825руб за месяц по ценам 2013 года..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

^ Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой дано научное решение задачи обоснования параметров усредни-тельной системы рудника и предложен комплекс технических решений, способствующих повышению стабильности подаваемой на последующую переработку рудной массы при постоянном снижении содержания полезных компонентов в условиях Садонского СЦК.

В диссертации решалась актуальная задача повышения эффективности производства и дана количественная оценка тенденции ухудшения минеральной базы.

В результате выполненных исследований лично автором получены следующие результаты:

1. В результате анализа данных ССЦК установлено, что месторождения Садонского рудного узла по степени изменчивости (сг,„ = 0.435-0.1930; сг,„ = 0.0966-0.2456), природного качества руд являются сложными с точки зрения обеспечения стабильности вещественного состава добываемой рудной массы. В связи с этим требуется применение технологии стабилизации состава добываемой руды.

2. Установлено, наличие прямой зависимости технологических показателей переработки свинцово-цинковых руд как от содержания металла в руде, так и от степени изменчивости качества этой руды. Указанная зависимость описывается четырехфакторным нелинейным уравнением регрессии со значением критерия Фишера от 85 до 90%. Для удовлетворительного описания зависимости показателей последующей переработки от показателей изменчивости руды Садонского рудного узла необходимо воспользоваться четырехфакторным нелинейным уравнением регрессии. При этом, необходимо учитывать показатели не только основного металла, но и сопутствующего т.е. для извлечения свинца необходимо учитывать показатели цинка, а для извлечения цинка - показатели свинца.

3. На Садонском свинцово-цинковом месторождении прослеживается как интенсивное снижение в промышленных запасах содержания металлов, так и отсутствие мероприятий по стабилизации качества ру-

ды.

Установлено, что для выдачи на поверхность руды более стабильного состава целесообразно применить систему разработки с магази-нированием с раздельной выемкой руды. Выявлено, что смешивание

руд в условиях ССЦК перед подачей в систему дальнейшей переработки необходимо осуществить на штабельном усреднительном складе. Это позволит при сохранении исходного среднего содержания металлов в руде, повысить суммарное извлечение свинца в концентрат на 11,158 %, а цинка на 6,939%. Склад характеризуется коэффициентом уменьшения дисперсии, равным - 0,458. Стабилизационная способность рудника при использования штабельного усреднительного склада и системы с раздельной выемкой, увеличится до 2,8-х раз, по сравнению с существующими показателями. В результате усредни-тельных мероприятий прибыль от свинцового концентрата возрастает, примерно, на 1008360 руб, а от цинкового концентрата на 302825 руб за месяц.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Кожиев Х.Х., Хугаева Г.Н. Способы управления качеством руд при подземной добыче. Горный информационно-аналитический бюллетень.-2010. - №4.-С. 210-214.

2. Хугаева Г.Н. Динамика изменения качества добываемой руды на Садонском месторождении. 9 Международная научно-практическая конференция МК-9-11. -Пенза, 2011.-С. 125-127.

3. Хугаева Г.Н. Состояние вопросов усреднения руды и планирования горных работ на подземных рудниках. Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. - № 10.-С.211-215.

4. Кожиев Х.Х., Гегелашвили М.В., Хугаева Г.Н. Влияние горногеологических условий и технологических особенностей подземной разработки на стабильность качества выдаваемой руды. Устойчивое развитие горных территорий. - 2013. - № 2 (16). - С. 49-51.

Подписано в печать 19.11.13. Формат бумаги 60x84 '/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать на ризографе. Усл. п.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 255. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек». Отпечатано в отделе оперативной полиграфия СКГМИ (ГТУ). 362021. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хугаева, Гульнара Нодаровна, Владикавказ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

04201 451 369 ш пр^ах рукописи

ХУГАЕВА ГУЛЬНАРА НОДАРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТАБИЛИЗАЦИИ

КАЧЕСТВА РУДНОЙ МАССЫ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МАЛОМОЩНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РУД

Специальность: 25.00.22-«Геотехнология (подземная, открытая и

строительная)»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент КОЖИЕВ Х.Х.

ВЛАДИКАВКАЗ 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ УСРЕДНЕНИЯ РУДЫ И ПЛАНИРОВАНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ.........................................9

1.1. Влияние горно-геологических условий и технологических особенностей подземной разработки на стабильность качества выдаваемой руды..............9

1.2. Стабилизация качества добываемого сырья при проектировании.........33

Выбор направления исследования и его основные задачи.............................39

2. ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫХ РУД САДОНСКОГО РУДНОГО УЗЛА....................................................................40

2.1. Минерально-сырьевая база Садонского свинцово-цинкового месторождения....................................................................................................40

2.2.1. Сырьевая база Садонского рудника........................................................44

2.2.2. Сырьевая база Згидского рудника...........................................................

2.2.3 .Сырьевая база Архонского рудника.........................................................46

2.2.4.Сырьевая база Холстинского рудника.....................................................46

2.2.5.Сырьевая база Фиагдонского рудника.....................................................47

2.3. Контроль процесса на Садонском свинцово-цинковом комбинате........47

ВЫВОДЫ.............................................................................................................56

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ РУДЫ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ МИЗУРСКОЙ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ.....................................................................57

3.1. Корреляционный анализ влияния содержания свинца и цинка на основные технологические показатели дальнейшей переработки................57

3.2. Множественная регрессия...........................................................................68

ВЫВОДЫ.............................................................................................................80

4. ОПТИМИЗАЦИЯ СПОСОБОВ И ПАРАМЕТРОВ СТАБИЛИЗАЦИИ СОСТАВА РУДЫ КАК ЭЛЕМЕНТОВ РУДНИЧНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ..........................................................................81

4.1. Планирование горных работ по стабилизации и усреднению показателей качества руды.................................................................................81

4.2. Оценка влияния изменчивости качества руд на технологические показатели работы Мизурской ОФ...................................................................9%

4.3.Технико-экономическая оценка эффективности стабилизации качества добываемого сырья.............................................................................................97

ВЫВОДЫ...........................................................................................................101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................102

ЛИТЕРАТУРА...................................................................................................104

ПРИЛОЖЕНА.................................................................................................108

Приложение 1....................................................................................................108

Приложение 2....................................................................................................145

Графики регрессии............................................................................................145

ВВЕДЕНИЕ *

Актуальность проблемы. На эффективность функционирования горно-металлургического производства наряду с вещественным составом руды, влияет стабильность ее качества. Качество рудной массы, в значительной степени определяется естественными условиями месторождения. Как правило, на отечественных горнодобывающих предприятиях проблема стабилизации качества добытой руды решается в основном путем вовлечения в разработку более богатых запасов. Однако, маломощные месторождения, находящиеся в отработке в течение значительного количества времени, зачастую не располагают богатым?! запасами, вовлечением в разработку которых, можно было бы решить проблему повышения стабильности состава добываемой рудной массы. На этих месторождениях наблюдается значительный разброс содержаний полезных компонентов в руде. Примером таких месторождений являются месторождения Садонского рудного узла. Очевидно, применение на таких месторождениях усреднительных мероприятий, является эффективным способом стабилизации состава рудной массы.

Многолетняя практика интенсивной первоочередной выемки наиболее богатых руд к настоящему времени привела к значительному снижению качества запасов руд на месторождениях Садонского рудного узла, что требует принятия кардинальных мер по их эксплуатации с созданием условий для более рациональной разработки.

Продление срока отработки месторождений малой производственной мощности, которые к тому же, являются градообразующими, является наряду с технологической, важной социальной задачей.

Оптимизация параметров усреднительной системы любого рудника,с целью повышения стабильности состава руды является одним из эффективных способов решения этой задачи.

Цель работы - теоретическое и инженерное обоснование технологии и параметров усреднения качества руды при подземной разработке маломощных месторождении многокомпонентных руд.

Идея диссертации - технология стабилизации качества рудной массы рассматривается как важнейшее условие максимального извлечения полезных компонентов и минимизации их потерь при дальнейшей переработке.

Задачи исследований:

1. Количественная оценка тенденции ухудшения минеральной базы, а также изучение влияния изменений горно-геологических условий ^ технологических особенностей подземной разработки на стабильность качества выдаваемой руды, обобщение данных практики и исследований в этих вопросах;

2. Исследование влияния однородности подаваемой на фабрику руды на выход концентратов и количество металла в хвостах;

3. Обоснование технологических решений по стабилизации показателей качества руды.

Методы исследований. В диссертации проанализированы ранее выполненные научные работы, изучены состояние вопросов усреднения руды и планирования горных работ на подземных зарубежных и отечественных рудниках, аналитические исследования с использованием методов теории вероятностей, математической статистики.

Основные научные положения диссертации:

1. Установлено, что месторождения Садонского рудного узла по степени изменчивости природного качества свинцово-цинковых руд

( £Т„ = 0.435 - 0.1930 <тп = 0.0966-0.2456 ), ЯВЛЯЮТСЯ СЛОЖНЫМИ С ТОЧКИ ЗреНИЯ

обеспечения стабильности вещественного состава добытой рудной массы. Коэффициент взаимной корреляции партий исходной руды, поступающих на дальнейшую обработку - г = 0,49 .

<зг

2. Установлено, что технологические показатели переработки свинцово-цинковых руд являются функцией как от содержания металла в руде, так и от степени изменчивости качества этой руды и адекватно описываются четырехфакторным нелинейным уравнением регрессии со значением критерия Фишера от 85 до 90%.

3. Обоснована поэтапная технология стабилизации качества свинцово-цинковых руд, а именно применение на каждом руднике системы разработки с магазинированием и раздельной выемкой руды и общего штабельного усреднительного склада с наклонными слоями. Это позволит повысил, существующие показатели стабильности состава подаваемой рудной массы (коэффициент усреднения - 2,8 и, соответственно, снижение среднеквадратичного отклонения содержания металлов в исходной руде на 38%), что значительно улучшает эффективность работы всего горнометаллургического комплекса.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Изучена изменчивость состава добываемых руд, обусловленная естественными причинами и особенностями применяемой технолог*;*: добычи, и впервые определен коэффициент взаимной корреляции смежных партий руды.

2. Выявлены закономерности влияния качества исходных свинцово-цинковых руд на технологические показатели дальнейшей переработки, что позволяет оценить последствия от ухудшения качества товарной руды и создает благоприятные условия для установления экономической эффективности мероприятий по управлению качеством руд.

3. Для обеспечения стабильности качества руды в рудопотоке предложена поэтапная технология стабилизации многокомпонентных руд маломощных месторождений. Эта технология включает в себя внедрение на каждом отдельном руднике системы с магазинированием с раздельной выемкой руды и организацию смешивания руд перед подачей в систему дальнейшей переработки на общем штабельном усреднительном складе со складированием наклонными слоями и отгрузкой экскаватором вкрест напластования слоев.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основана на достаточном объеме обработанных статистических данных, проведении необходимого количества расчетов, применении современных методов исследований, достаточного соответствия результатов теоретических исследований практическим данным.

Научное значение работы:- предложена модель усреднительнои схемы рудника с учетом целесообразного уровня колебаний качества руды.

Практическое значение работы: Полученные решения позволяют улучшить стабильность состава подаваемой руды и экономическую эффективность горно-металлургического комплекса, путем воздействия на технологию и организацию горнодобывающего производства, исходя из минерально-сырьевой базы предприятия.

Реализация основных результатов работы. Научные результаты и практические рекомендации направлены на Садонский СЦК, для использования их при планировании дальнейшего развития производства.

Результаты исследования используются в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при изучении дисциплины «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2010.), заседании кафедры «ТРМ» СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2012 г.), Международной конференции МК-9-11, ПДЗ 25. 02.11.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России - 3 статьи. *

Объём работы. Диссертация общим объемом 168с. машинописного текста состоит из введения, 4 глав и заключения, 29 рис., 19 табл., списка литературы из 37 наименований и 2 приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ УСРЕДНЕНИЯ РУДЫ И ПЛАНИРОВАНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ.

1.1. Влияние горно-геологических условий и технологических

особенностей подземной разработки на стабильность качества

выдаваемой руды.

Вопросами усреднения и стабилизации качества добываемой руды занимались многие ученые и исследователи. Наиболее заметный вклад в решение этой проблемы внесли академики: Агошков М. И., Мельников Н.В^, Ржевский В. В., Трубецкой К.Н., Чантурия В.А., член-корреспондент РАН Каплунов Д.Р.

Огромное внимание уделяли этой проблеме ученые Азбель Е.И., Бастан П.П., Габараев О. 3.,Гринев Р. М., Каплунов Д. Р., Кожиев X. X., Ломоносов Г. Г., Лолаев А. Б., Манилов И. А., Мельников Н. В., Пейхель Г. В., Рыжов В. П., Фугзан М. Д., Шестаков В. А. и другие. Исследованиями этого вопроса занимаются в таких институтах как - ИПКОН РАН, Гипроруда, МГГУ, Механобр, Уралгипроруда, ДГИ, КГРИ, КазПИ, НИИКМА и на ряде горнодобывающих предприятий. *

Одно из основных требований, выдвигаемых потребителями минерального сырья, относится к стабильности его качества. Колебания качества поставляемой руды создают значительные трудности в ее переработке из-за необходимости изменения технологических режимов, что связано с увеличением затрат на переработку, ухудшением качества продукции, снижением степени извлечения полезных компонентов. Н.В. Мельников и М.И. Агошков относят вопросы стабилизации качества руды к числу основных в проблеме комплексного освоения месторождений, использования минерального сырья и охраны недр[1].

Характерной особенностью работы горно-обогатительных предприятий является то, что руда, поступающая из одного забоя, характеризуется непостоянством показателей качества. Сырье на обогатительную фабрику обычно поступает из нескольких забоев и в силу разных показателей качества руды обладает изменяющимся во времени

качеством. [32]Повышение однородности и стабилизация качественного состава руды, начиная с процесса ее добычи, осуществляются усреднением рудной массы.

Под стабилизацией качества понимается обеспечение той или иной степени качественной однородности добываемой руды в диапазонах, целесообразных в технико-экономическом отношении, путем регулирования технологических процессов и проведения соответствующих организационно-технических мероприятий на различных этапах добычи, транспортировки и добычи сырья. Одним из элементов стабилизации, предназначенным для достижения необходимой качественной однородности рудной массы, является усреднение ее качества.

Усреднение качества руд - совокупность операций, в результате которых уменьшаются и стабилизируются в определенных пределах амплитудные колебания показателей качества и изменяются частотные характеристики колебаний с целью изменить спектр частот и средний период колебаний для заданных объемов руды. [32]

Оно достигается путем смешивания объемов руд, отличающихся по минералогическому и химическому составу, а в ряде случаев и физическим свойствам. Стабильность качества руды отражает выдержанность среднего содержания полезных (вредных) компонентов, оцениваемую величиной отклонения содержания этих компонентов от среднего в контролируемый момент времени. *

С точки зрения изменения размещения руды разного качества, усреднение - совокупность операций, в результате которых изменяются природные и генетические закономерности первоначального размещения ^ недрах руды разного качества.

Характеристика и область применения различных способов и мероприятий по усреднению качества руды.[32]

Таблица 1.1

Способы и мероприятия по усреднению качества руды.

Способы усреднения Область и особенности применения Эффективность усреднения, величина партий руды Исходная информация

Перспективное планирование (составление квартальных и месячных планов горных работ) Необходимая стадия работ по обеспечению однородности качественного состава руды. Планирование необходимо производить по нескольким показателям качества, включая индексы вкрапленности и измельчаемости. Обеспечивает выход на плановый уровень качества Данные опережающей " эксплуатационной разведки и материалы технологического картирования.

Текущее планирование (недельно-сменные графики горных работ) и оперативное управление горнотранспортными работами в режиме усреднения, изменение нагрузки на забой. Текущее планирование совместно с оперативным управлением качества руды -первая стадия усреднения руды. Обеспечивает выход на плановый уровень качества на интервале недели и средний период колебаний не более 5-6 смен. Показатели качества руды и характеристики колебаний качества определяются в партиях сменной подачи. По материалам технологического,, картирования и перспективного месячного планирования и данным эксплуатационной разведки.

Выделение сортовых потоков руды. Применяется в условиях выделения разных сортов руды. Как самостоятельный способ обеспечивает По данным эксплуатационной разведки,

Используется как самостоятельный способ и как элемент сортового усреднения. уменьшение амплитуды колебаний пропорционально количеству сортов. При чередовании подачи сортов выше и ниже среднего показателя качества уменьшает период колебаний. Величина партий определяется задачами усреднения и дискретностью опробования, пределы 200т -сменная подача. забойного и вагонного опробования.

Управление качеством руды с помощь склада на колесах и рудничной горки. Усреднение в партиях 200-500 т с высокой степенью усреднения. Обеспечивается усреднение по амплитуде и частоте. Величина партии определяется организацией работ по усреднению и опробованию руды. Степень усреднения 2-10. Качество руды в отдельных партиях. ^ Управление производится , как правило, по данным вагонного опробования.

Усреднение руды с помощью технологических операций и устройств

Сортовые аккумулирующие (шихтовальные склады) с дозированием сортов руды. Для выделения разных сортов руды, организации контроля или опробования качества каждого сорта Уменьшает амплитуду и период колебаний. Величина партий определяется организацией работ по усреднению и опробованию руды и составляет от 100т до сменной подачи. Степень усреднения 2-10. Качество руды в отдельных партиях для разделения руды на сорта. Уставка дозирования задается требованиями '"<■ усреднени�