Стабилизация качества добываемой руды на открытых горных работах при использовании спутниковой навигации

Рыльников, Алексей Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Стабилизация качества добываемой руды на открытых горных работах при использовании спутниковой навигации
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Стабилизация качества добываемой руды на открытых горных работах при использовании спутниковой навигации"

"а" 5"} ,Г\ ¡п з }

г ' \JJibr

экэЕШт*

Ы й ;

•си J

РЫЛЬНИКОВ АЛЕКСЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

СТАБИЛИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА ДОБЫВАЕМОЙ РУДЫ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2013

5 ДЕК 2013

005541765

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» на кафедре открытой разработки месторождений полезных ископаемых.

Пыталев Иван Алексеевич

кандидат технических наук, доцент кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых ФГБОУ ВПО «МГТУ», г, Магнитогорск

Пикалов Вячеслав Анатольевич доктор технических наук, профессор кафедры промышленного транспорта ФГБОУ ВПО «МГТУ», г. Магнитогорск

Гордеев Алексей Иванович

кандидат технических наук, директор по перспективному развитию горнообогатительного производства ЗАО «Русская медная компания», г. Екатеринбург

Ведущая организация- ОАО «НТЦ-НИИОГР», г. Челябинск

Защита диссертации состоится 24 декабря 2013г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д.212.111.02 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, Челябинская область, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «22» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное состояние открытых горных работ характеризуется усложнением горно-технологических условий, снижением качества минерального сырья, что влечет повышение себестоимости и снижение эффективности добычи руд. Устойчивая тенденция снижения содержания полезных компонентов в руде предопределяет дополнительные требования со стороны обогатительного передела к горнодобывающим предприятиям в части стабилизации качества рудной массы. При обогащении руд цветных металлов изменение среднего содержания металла в руде на 1-2 % приводит к увеличению затрат на производство концентрата на 10-20 %. В настоящее время большинству горнодобывающих предприятий весьма сложно обеспечить требуемые показатели качества руды. Поставляемая на обогатительную фабрику руда, добываемая из разных забоев, горизонтов и месторождений, характеризуется различным вещественным составом, что влечет снижение показателей извлечения ценных компонентов при обогащении и качества товарных концентратов. Для стабилизации качественных характеристик рудопотоков дополнительные затраты горнодобывающих предприятий составляют 10-30% себестоимости. С другой стороны, использование современного оборудования и технологий, направленных на повышение интенсивности работ и полноты освоения рудных месторождений, создает дополнительные возможности для повышения качества извлекаемой рудной массы.

С целью повышения эффективности и полноты отработки запасов месторождений ряд предприятий использует информационные системы, программные и аппаратные комплексы, направленные, в первую очередь, на решение частных задач - прогнозирование содержания полезных компонентов на конкретном участке, учет в режиме реального времени показателей работы погрузочного и транспортного оборудования, изменения объемов и качества подготавливаемых, отбитых и извлеченных запасов. Однако решение частных задач не позволяет в полной мере получить эффект от использования имеющегося оборудования, оснащенного спутниковой навигацией. При этом, на ряде предприятий уже созданы техническая и информационная составляющие, позволяющие повысить эффективность и полноту отработки запасов месторождения за счет создания оперативной системы стабилизации качества рудной массы. В качестве связующего звена между геоинформационными системами, блочной моделью запасов месторождения и техническими средствами производства выступает автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом с применением спутниковой навигации. Поэтому обоснование условий стабилизации качества рудной массы при открытой разработке рудных месторождений с применением спутниковой навигации представляет весьма актуальную научно-практическую задачу.

Цель работы. Повышение эффективности и полноты освоения запасов рудных месторождений открытым способом путем разработки инновационных технологических способов управления качеством рудой массы для ее стабилизации.

Идея работы. Стабилизация качества карьерных рудопотоков непосредственно в процессе извлечения и транспортирования руды достигается путем использования спутниковой навигации для постоянного оперативного учета качественных характеристик единичных выемочных объемов, формируемых в ходе эксплуатации месторождения.

Объект исследования. Рудопотоки при открытой разработке рудных месторождений (на примере месторождений Ковдорское, Малый Куйбас, Во-ронцовское).

Предмет исследования. Качественные характеристики рудопотоков открытых горных работ.

Основные задачи исследования:

— анализ опыта внедрения систем спутниковой навигации и способов управления качеством рудопотоков на карьерах;

— классификация систем автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков с применением навигационной спутниковой системы;

— разработка алгоритма и исследовательской модели определения рациональных параметров системы стабилизации качества рудопотоков;

— оценка влияния условий залегания рудных тел различного вещественного состава, характеристик усреднигельных складов, а также емкости ковша экскаватора и кузова автосамосвалов на параметры качества рудопотоков при использовании спутниковой навигации;

— разработка рекомендаций по организации потоковой стабилизации рудной массы при использовании автоматизированных систем управления и оценка их экономической эффективности.

Методы исследования. Использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и технологии открытых горных работ, опыта отечественных и зарубежных исследований; математическое моделирование параметров рудопотоков на открытых горных работах с применением метода динамического программирования и с обработкой результатов исследований на ЭВМ; технико-экономический анализ; систематизацию результатов промышленной апробации разработанных рекомендаций.

Защищаемые положения:

1. Стабилизация качества рудопотоков при использовании спутниковой навигации достигается оперативным учетом в геоинформационной модели месторождения качественных характеристик единичных выемочных объемов с последующим автоматическим управлением объемом порции извлекаемых запасов и очередностью их выемки и транспортировки в зависимости от качественного состава руды.

2. Использование системы спутниковой навигации для стабилизации качества рудопотоков наиболее целесообразно при среднеквадратическом отклонении содержания металлов в рудном забое более 5%.

зацию качества карьерных рудопотоков без строительства стационарных усред-нительных складов.

4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что использование спутниковой навигации для стабилизации качества карьерных рудопотоков выводит на новый организационно-технический уровень добычу минерального сырья заданного качества в требуемых масштабах.

Научную новизну работы составляют:

1. Классификация систем автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков по степени влияния на стабилизацию качества рудной массы спутниковой навигации, использование которой позволяет определить рациональные параметры стабилизируемого потока в различных горнотехнических условиях.

2. Зависимости единичного выемочного объема от изменчивости содержания полезных компонентов в добычном забое, позволяющие определять рациональные параметры горнотранспортного оборудования при применении различных систем стабилизации качества рудной массы.

3. Динамическая модель стабилизации качества карьерных рудопотоков, отличающаяся учетом пространственного положения и качественных показателей единичных выемочных блоков и позволяющая определить оптимальные параметры потоков независимо от изменчивости характеристик руды.

4. Методика определения параметров рудопотоков с использованием спутниковой навигации для стабилизации качества рудной массы, учитывающая параметры и пространственное положение выемочного и транспортного оборудования и содержание ценных компонентов в руде.

Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов математического моделирования и аналитических расчетов с практическими данными; положительными результатами апробации рекомендаций в промышленных условиях.

Личный вклад автора состоит в разработке динамической модели стабилизации качества рудопотока с использованием спутниковой навигации; создании алгоритма стабилизации качества рудной массы на различных этапах усреднения; обосновании методики определения рациональных параметров стабилизации рудопотока с использованием навигационных систем, установлении зависимости единичного выемочного объема от изменчивости содержания полезных компонентов в добычном забое при потоковой стабилизации качества руды.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные рекомендации по стабилизации качества рудной массы с применением спутниковой навигации на карьерах обеспечивают повышение эффективности работы горно-обогатительных предприятий по отработке месторождений многокомпонентных руд.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международной научно-технической конференции молодых специалистов (г. Магнитогорск, 2005 г.); II, IV международных конференциях «Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи» (г. Магнитогорск, 2003 г., г. Сибай,

2007 г.); на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва,

2008 г.); 67-й научно-технической конференции ГОУ ВПО «МГТУ» (г. Магнию-

горек, 2009); V международной конференции «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли» (г. Екатеринбург, 2009 г.), а также на международных выставках: «Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов» - Mining World Central Asia (2009,2013, г. Алматы, Республика Казахстан), MINExpo International (2004,2008,2012, г. JIac-Berac, США).

Реализация результатов работы. Результаты исследований вошли в работу «Разработка и широкая промышленная реализация на горнодобывающих предприятиях России автоматизированной системы управления горнотранспортными комплексами «КАРЬЕР», удостоенную премии Правительства РФ в области науки и техники 2008 года (авторы: Трубецкой К.Н. - руководитель работы, Владимиров Д.Я., Горшков А.Ю., Клебанов А.Ф., Малышев С.Е., Одинцев Н.В., Перепелицын А.И., Рашевский В.В., Рыбак JI.B., Рыльни-ков А.Г.) и были использованы при организации потоковой стабилизации качества рудной массы на ряде предприятий Урала (ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ЗАО «Золото Северного Урала») и Северо-Западного федерального округа (Ковдорский ГОК). Материалы работы внедрены в учебные курсы дисциплин «Проектирование карьеров», «Технология и комплексная механизация открытых горных работ», «Рациональное природопользование».

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах. Из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 173 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 9 таблиц и список литературы го 107 пунктов.

Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках государственного контракта № 02.740.11.0038, а также гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущей научной школы РФ, возглавляемой академиком РАН К.Н. Трубецким.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ существующих способов управления качеством рудной массы, опыта и результатов внедрения систем спутниковой навигации на горнодобывающих предприятиях, а также состояния современной методической базы стабилизации качества рудопотоков.

Современной тенденцией открытых горных работ на всей территории страны является усложнение горнотехнических условий добычи полезных ископаемых при одновременном снижении их качественных характеристик. Большинство карьеров вынуждено вести добычу разносортных руд с низким содержанием полезных компонентов на глубоких горизонтах. В связи с истощением сырьевой базы большинство рудных карьеров вынуждено использовать технологически сложные и экономически затратные способы стабилизации качества продукции для обеспечения ужесточающихся требований со стороны потребителей к качеству руды.

На основе проведенного анализа выявлено, что в настоящее время основным способом управления качеством рудной массы на карьерах являет использование усреднительных складов. Однако данный способ становится все

менее эффективным даже не столько по экономическим причинам, сколько по технологическим. Это связано с увеличением количества вовлекаемых в разработку типов и сортов руд, резкой изменчивостью их качественных характеристик в массиве, ужесточением требований по отклонению содержания ценных компонентов от заданных параметров со стороны потребителей.

Ряд отечественных горнодобывающих предприятий успешно проводит внедрение передовых технологических решений в области точного учета и контроля работы горнотранспортного комплекса с установкой на горное оборудование различного рода датчиков, связанных со спутниковой навигацией и системой автоматизированного управления диспетчерских пунктов. Следует отметить, что данные решения направлены преимущественно на снижение эксплуатационных затрат предприятия, в том числе на перевозку горной массы. Причем, использование уже сегодня на действующих карьерах спутниковых и информационных систем без принципиальной модернизации и дополнительных инвестиций на изменение структуры позволит не только вести учет показателей работы горнотранспортного комплекса, но и обеспечить стабилизацию качества рудной массы, что позволит значительно повысить эффективность горнодобывающего производства и полноту освоения запасов недр Земли.

Важным условием повышения эффективности эксплуатации в целом горно-перерабатывающего комплекса является определение на всех стадиях функционирования горнодобывающих предприятий технических решений, направленных на обоснование рациональных способов управления качеством рудной массы. В развитие этого направления значительный вклад внесли академики В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой; чл.-корреспонденты РАН Д.Р. Каплунов, B.JI. Яковлев; профессоры А.И. Арсентьев, П.П. Бастан, В.К. Воро-ненко, В .А. Галкин, A.B. Гальянов, Ю.В. Демидов, П.Э. Зурков, В.Н. Калмыков, Г.Г. Ломоносов, М.Г. Новожилов, В.Н. Попов, Г.А. Холодняков, М.Ф. Шнайдер, В.А. Щелканов и многие другие ученые и инженеры.

В отечественной практике открытых горных работ использование потоковой стабилизации качественных характеристик рудной массы сдерживается отсутствием исследований по управлению качеством рудопотоков с использованием спутниковых навигационных систем, не проработаны методики определения параметров рудопотоков, формируемых в процессе выемки руды из забоя, транспортировки и отгрузки потребителю с обеспечением заданных характеристик качества.

Во второй главе исследованы факторы, определяющие качество рудопотоков при использовании систем спутниковой навигации, предложена классификация систем автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков, разработаны алгоритм и исследовательская модель определения рациональных параметров системы стабилизации качества рудопотоков.

С целью определения рациональной области и целесообразности применения системы спутниковой навигации для обеспечения стабилизации качества рудопотока в работе исследованы факторы, влияющие на поточное управление качеством рудной массы. Предложено рассматривать стабилиза-

цию качества руды как непрерывный процесс усреднения отдельных единичных выемочных объемов, начиная с момента извлечения их из недр, перемещения, и заканчивая выгрузкой в обозначенном пункте. При этом, под единичным выемочным объемом понимается минимальный объем руды, в котором производится контроль и учет качества на различных стадиях планирования. Это - объем руды в обуренном и взрываемом блоке, развале, ковше экскаватора, кузове транспортного средства.

В результате исследований факторов, влияющих на обеспечение заданных качественных характеристик потока руды, выявлено, что наиболее значимым является факт внедрения на предприятиях автоматизированных систем управления. Выявлено, что основным направлением развития всех современных автоматизированных систем управления горнотранспортным комплексом (ГТК) является оперативный контроль и учет показателей работы карьера, а именно объектов, обеспечивающих добычу полезных ископаемых. Объектами ГТК, задействованными на различных этапах добьгчных работ, является все мобильное оборудование: буровые станки, выемочно-погрузочное оборудование, технологический автомобильный и железнодорожный транспорт. Исследованиями доказано, что для использования данных объектов при стабилизации качества рудопотока необходимо обеспечить связь каждого мобильного объекта посредством установленного на них бортового оборудования с единой автоматизированной системой управления, состоящую преимущественно из средств связи и программного обеспечения (рисунок 1).

—........-.............;-------<-----:-:- Оперативный режим взаимосвязи объектов ГТК

Бортовое | об' , -иие мобильных объектов ГТК К Программное обеспечение

Систем,« югсл; чи данных >

Данные от контроллера 1/ бортового оборудования Инструкции, координаты позиционирования рабочих органов оборудования, маршруты движения, очередность отгрузки и др.

Прием, хранение и обработка переданных данных с мобильных объектов, корректировка имеющейся информации (геологической маркшейдерской, технологической и др). Оптимизация технологических параметров каждого элемента ГТК (экскаватора, бурового станка, подвижного состава и др.)

: Сбор, обработка и подготовка к передаче данных с датчиков мобильных объектов

Торговое оборудование мобильных объектов ГТК

Про1рачмиое обеспечение

< Р Система передачи данных

Рисунок 1 - Структура автоматизированной системы управления ГТК

Предлагаемый подход к потоковой стабилизации качества рудной массы основывается на использовании автоматизированной системы управления, а также данных, полученных с установленных на горном оборудовании датчиков. Автоматизированная система управления осуществляет связь и взаимо-

действие бортового оборудования с программным обеспечением различных служб горного производства (рисунок 2).

Спутниковые навигационные системы

ГЛОНАСС

Номер блока, забоя, участка < и его характеристика

Передача данных о положении спутников на геостационарной орбите

Отклонение показателей качества рудопотока

Датчики ¡111

мобильных объект ах 1 1К

Iребования

пслрсбителя к качесгву руды

Координаты I местоположения I мобильного | объекта и его ' характеристика

зшшзЫ • :|

Очередность отработки I забоев, порядок !

подачи транспортных (

средств к забою, объем * погрузки

11ользовательские системы (мониторинг, управление 1 I К)

=С=1=

Сервер системы

11рОИ,1В().1СгасН!!Ые системы (геологи-чиские. иронию ч-стмншыс и ;гп.)

Рисунок 2 - Схема автоматизированной системы управления ГТК карьера с использованием спутниковой навигационной системы

В соответствии с результатами выполненных исследований предложена схема организации процесса стабилизации качества рудопотоков на карьерах (рисунок 3). Согласно данной схеме трехмерная геологическая модель месторождения корректируется не только по результатам эксплуатационной разведки, но и при каждом обуривании подготавливаемого к выемке блока и его разработке. Формируемая с высокой степенью точности модель позволяет охарактеризовать любой единичный выемочный объем в комплексе с навигационной системой, определить положение и дать характеристику каждого единичного выемочного блока в пространстве карьерного поля. В результате каждый добычной забой представляется набором ориентированных в пространстве единичных выемочных объемов. Далее на основании данных не только о количестве добычных забоев, но и качественных характеристиках каждого слагающего его единичного выемочного объема автоматизированной системой определяется последовательность выемки руды из массива и погрузки в кузов транспортного средства с расчетным содержанием в них ценных компонентов. Весь процесс погрузки и транспортировки четко контролируется во времени и пространстве. С учетом расстояния от каждого забоя до пункта выгрузки (потребитель, усреднительный склад и др.) и количественно-качественных характеристик руды, погруженной в транспортный кузов, происходит назначение подвижного состава на маршрут.

Рисунок 3 - Схема автоматизированной системы управления качеством рудопотоков на карьерах с применением спутниковой навигации

В процессе выемочно-погрузочных работ осуществляется контроль и сопоставление фактических и проектных качественных характеристик с корректировкой трехмерной модели запасов месторождения и заданий на выемку и транспортировку рудной массы.

Управление качеством рудной массы предлагается осуществлять в три стадии: перспективное, текущее и оперативное планирование (таблица 1). В работе проведены исследования каждой из этих стадий, выявлены цели, масштабы и показатели, обеспечивающие стабилизацию качества рудопотоков на карьере. Определение операций и их последовательности при стабилизации качества рудопотока с использованием спутниковой навигации на различных стадиях осуществляется в соответствии с разработанным алгоритмом (рисунок 4).

Анализом методов, используемых для оптимизации параметров усреднения качества руды на стадиях перспективного и текущего планирования, установлено, что их временной период позволяет с допустимой достоверностью использовать методы линейного программирования. Применение этих методов для оперативного планирования качества рудной массы не позволяет в полной мере решить задачу стабилизации качества рудопотоков, поскольку в течение суток, а тем более смены, показатели качества добываемой рудной массы варьируют в широких пределах, что на практике компенсируется созданием усреднительных складов и соответственно увеличением технологических операций и затрат. По данным практики, затраты на эксплуатацию усреднительных складов составляют 25 - 35 % общей себестоимости добычи руды. Применение спутниковой навигации позволяет в наибольшей степени изменить систему оперативного планирования качества за счет сокращения контролируемого и управляемого единичного выемочного объема до объема ковша экскаватора.

Таблица 1 - Стадии стабилизации качества рудопотоков на карьерах

Характеристика I II III

Перспективное планирование Текущее планирование Оперативное планирование

Существующий подход Предлагаемый подход

Цель Определение целесообразности и порядка отработки запасов участков месторождения разного качества Стабилизация качества показателей по содержанию полезных и вредных компонентов. Определение объемов добычи, направления развития горных работ и порядка отработки забоев с различным качеством руды Стабилизация показателей качества усреднения на перегрузочном складе. Определение объемов руды, отгружаемой из отрабатываемых забоев с различным содержанием в руде компонентов Обеспечение заданного качества потока рудной массы для отгрузки потребителю с минимизацией объемов ус-реднительных складов

Период планирования От нескольких лет до общего периода отработки запасов месторождения Месяц, квартал, календарный год Смена, сутки, неделя Время цикла экскаватора, время рейса транспортного сосуда

Исходные параметры, влияющие на выбор системы качества Общий объем запасов по всем сортам и категориям руды. Среднее содержание полезных компонентов по месторождению, рудному телу и его участку. Технико-экономические показатели обогащения руд Объем подготавливаемых или взорванных блоков. Среднее содержание руды в блоке. Содержание вредных примесей Объем руды, перевозимый за смену, сутки из подготовленных забоев. Среднее содержание полезных компонентов по забою Объем руды и среднее содержание в ковше экскаватора и кузове автосамосвала

Источник получения исходных данных Геологическая разведка Детальная разведка Эксплуатационная разведка Оперативное аппаратное определение

Масштабы показателей стабилизации Объем всех запасов месторождения или отдельных участков 8, 25 и 100% годовой производительности карьера Объем подготовленного блока или сменной производительности карьера Объем емкости ковша экскаватора и кузова автосамосвала

Вероятность отклонения от заданных показателей качества Средняя Высокая Очень высокая Малая

Способ компенсации отклонения от заданных показателей качества РУДЫ Не подтверждение геологических данных с соответствующим изменением категории запасов Резервирование дополнительных блоков Увеличение объемов усреднн-тельных складов, содержание складов бедной и богатой руды Содержание склада для компенсации колебания ритмичности работы ГТК

Стадии

Общая схема стабилизации качества рудной массы с использованием СНС

Оперативное планирование

Характеристика забоя Сбор/ввод и анализ данных 1) Составление блочной модели запасов месторождения по результатам геологоразведки. 2) Количество подготовленных блоков, закрепление за ними экскаватора. Данные: объем блока; емкость ковша экскаватора; среднее содержание по блоку ПК; расстояние от блока до пункта разгрузки(перегрузочный склад, ОФ, бункер); время валовой и селективной погрузки сосуда; содержание полезного компонента в пространстве блока

Организация производства 3) Данные: объем кузова, грузоподъемность автосамосвала

Характеристика транспортного средства 4) Данные: ограничение скорости движения груженого/порожнего транспортного средства; требования к содержанию ПК в отгружаемой карьером руде; производительность по руде

Расчет параметров стабилизации на имеющихся(полученных) данных на начало отработки ► блоков(объем отгрузки с конкретного блока). Выпуск транспортных сосудов на линию. Подготовка блоков к взрыву(выемке)__

Сбор данных с датчиков, установленных на оборудовании

Внесение корректировки в информационную модель

месторождения для текущего планирования, помимо детальной и эксплуатационной разведки

Оперативное управление автосамосвалом с учетом изменившихся данных на момент его разгрузки

Рисунок 4 - Алгоритм стабилизации качества рудной массы на различных ее стадиях

Для определения рациональных параметров стабилизируемого потока в различных горнотехнических условиях предложена классификация систем автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков, классификационными признаками которой являются тип и назначение управляемой системы и количество управляемых процессов.

С целью определения рациональных параметров системы стабилизации качества рудопотоков на стадии оперативного планирования разработана математическая модель управления качеством рудной массы, учитывающая в режиме реального времени изменчивость качественных характеристик руды. Данная модель основана на принципах динамического программирования и позволяет обеспечить стабилизацию качества рудной массы непосредственно в процессе ее добычи и транспортировки путем оптимизации единичных объемов и последовательности их выемки и порядка подачи транспортных средств к конкретным забоям и местам выгрузки (рисунок 5). Результатом управления качеством рудопотоков является то, что в пункте выгрузки достигаются заданные качественные показатели рудой массы, даже при значительной изменчивости характеристик руды в забоях.

Поставщик Горнотранспортный комплекс Потребитель

Параметры забоя: -объем -содержание -затраты на добычу -затраты на транспортировку -затраты на сортировку

и1т, и,3 ип и„

С|

изз и2,

С2

иЬт3 ив ии ин

Параметры: -содержание полезных компонентов в руде

-допустимое отклонение по содержанию

и1Р£б± Д

Состояние системы 3„<-... <— 82«-81<-80; Интервал времени ^..^...^..д,; Номер шага N...3... 2... 1 Рисунок 5 - Структура математической модели стабилизации качества рудной массы

Последовательность реализации метода динамического программирования следующая. Примем, что система поэтапно переходит из состояния 80 в 8П:

1. Этап перехода удается разбить на ряд последовательных этапов 80—»81—>82—>...—>8П. Условием перехода из одного этапа в другой считается изменение содержания полезных компонентов в забое после выемки из него каждого ковша экскаватора и погрузки очередного автосамосвала.

2. Процедура перехода в состояние ~ Ыи на каждом этапе выполняется с учетом удовлетворения условий следующей системы:

0^итреб±А-,

1=1 п

£С,.( 0->тш,

/^(7) = тах

где и, — содержание полезного компонента в единице /-го объема сосуда транспортного средства, принятого за единичный выемочный объем при стабилизации качества рудопотока, %; итреб - требуемое содержание полезного компонента в руде со стороны потребителя, %; С, - затраты на добычу, сортировку и перевозку /-го выемочного объема, руб./т; Л — допустимое отклонение требуемого качества руды, %.

Ограничения (1) должны выполняться на любом шаге перехода:

То есть общая оптимизационная функция равна сумме оптимальных значений на каждом этапе.

3. Состояние на каждом этапе зависит от предыдущего состояния и не зависит от последующих - принцип отсутствия последствия.

Функция оптимальности на каждом этапе (или уравнение динамики) представлена в виде

¿цеи+Ецс+о ^ ™

/(о+/(/+1) ;

То есть среднее содержание ценных компонентов в рудной массе в единичных выемочных единицах (ковше экскаватора, кузове автосамосвала), слагающих рудопоток, движущийся на интервале времени / к потребителю (перегрузочный или усреднительный склад, бункер или склад рудо-обогатительной фабрики), должен максимально соответствовать требованиям показателя качества, в первую очередь, по содержанию металлов. Если со стороны потребителя определены возможные отклонения от заданного качества на величину А, то в уравнение динамики вводится величина допустимого отклонения качества итреб± Д.

В качестве условия оптимальности использован минимум удельных затрат на добычу, транспортировку руды, управление качеством рудной массы, ее переработку на всех этапах от забоя до потребителя в расчете на единицу извлекаемого металла или единицу условного - приведенного по цене содержания к основному металлу:

С=(Зд +Змр+ЗЛСУ +Зусредскл +зсепарач +Зо6огтч)->шт, (3)

где 3й — удельные затраты на добычу руды, руб./т;

- удельные затраты на транспортировку руды, руб./т; Злсу - удельные затраты на внедрение автоматизированной

системы управления качеством рудопотоков, руб./т; усргд скл _ уДельные затрать1 на эксплуатацию усреднительных

складов руды, руб./т; уепарац _ уДельные затраты на внутрирудничную сепарацию рудой массы, руб./т;

_ уДельные затраты на обогащение руды, руб./т.

Экономическая эффективность системы управления качеством рудопо-токов с использованием спутниковой навигации достигается определением оптимальных параметров потоковой стабилизации качества рудной массы в зависимости от изменчивости содержания ценных компонентов в руде и параметров горнотранспортного оборудования.

С учетом этого в третьей главе произведена оценка влияния условий залегания рудных тел, вещественного состава руды, характеристик усреднительных складов, а также емкости ковша экскаватора и кузова автосамосвала на параметры качества рудопотоков при использовании спутниковой навигации; обосновано изменение роли человеческого фактора на организацию потоковой стабилизации рудной массы при использовании автоматизированных систем управления.

При оценке влияния условий залегания рудных тел осуществляется взаимосвязь характеристик вещественного состава единичных выемочных объемов в уточненной трехмерной геологической модели месторождения и фактических характеристик руды в добычных забоях. Данный подход лишен основных недостатков традиционных методов, основывающихся на усреднении значений мощности и угла падения рудной залежи, результаты которых весьма приближенные и часто не соответствуют действительности. При этом стабилизация качественных характеристик рудопотока обеспечивается не за счет разработки или усовершенствования методов и методики описания пространственного положения рудной залежи в пределах карьерного поля, которые в конечном итоге имеют определенные ограничения и допустимые погрешности, а за счет внедрения современных прогрессивных технических средств и информационных технологий.

Для визуализации и анализа основных исходных данных в процессе моделирования предложена принципиальная схема учета сложности залегания рудной залежи и ее пространственного положения (рис. 6).

Рисунок 6 - Схема для учета сложности залегания рудного тела

1,2,3 - направление развития горных работ;

ШШЩ - руды разного сорта; — - контур рудного тела

В результате моделирования процесса потоковой стабилизации качества рудной массы установлено, что при среднеквадратическом отклонении содержания металла в руде более 5%, независимо от годовой производительности карьера, требуется увеличение количества добычных забоев (рисунок 7). Поэтому в дальнейшем при оценке влияния среднеквадратического отклонения содержания ценных компонентов в руде на количество добычных забоев на карьерах различной производительности в соответствии с данными практики рассматривалось изменение содержания в пределах 5-25 % (рисунок 8).

Ь 3 а. зз

3 ю О

у = -0,0798х - 1,5148х + 104,62 Я2 = 0,995

0 5 10 15 20 25

Среднеквадратическое отклонение содержания полезных компонентов , %

Рисунок 7 - Зависимость объема отрабатываемых запасов из подготовленных к выемке блоков от среднеквадратического отклонения содержания металла

16 14

12' 10 8 6 4 2 0

у = 0,32х +10,2 —---- "

10 млн. т в год ^А»«— у = -0,0029х2 + 0,4657х + 6,4

у = 0,32х + 3,2 Я2 = 09724^_____

8 млн. тв год ^ Я2 = 0,9846

------- —— "

4 млн. т в год *— —--- у" -0,0029Х2 + 0,3457х+ 1,2

1 МЛН. ТВ ГОД —■—"*"" Я2 = 0,9867

0 5 10 15 20

Среднеквадратическое отклонение содержания полезных компонентов , %

Рисунок 8 - Зависимость количества забоев от среднеквадратического отклонения содержания металла при годовой производительности карьера от 1 до 10 млн т по руде Моделирование осуществлялось путем варьирования параметров:

- производительности карьеров по руде от 0,5 до 10 млн. т в год;

- количества добычных забоев от 1 до 18;

- среднеквадратического отклонения содержания металла в руде от 0 до 25%.

- объемов подготовленных запасов к выемке от 1 до 21 блоков;

- емкости ковша экскаватора 0,5 - 20 м3 и кузова автосамосвала от 6 до 90 м3.

В отличие от традиционных методик стабилизации качества рудопотока, при моделировании производилось формирование потока дискретными порциями, объем которых равен емкости ковша экскаватора, осуществляющего погрузку автосамосвала в конкретной точке пространства карьерного поля в

конкретный момент времени. Именно оптимизация количества этих порций и их объема позволяет получить в заданном пункте требуемое содержание ценных компонентов (рисунок 9).

и, Ь,

Рисунок 9 - Схема порционной потоковой стабилизации качества руды

В результате моделирования стабилизации качества железной (рисунок 10) и золотосодержащей (рисунок 11) руды были получены зависимости единичного выемочного объема от среднеквадратичного отклонения содержания металлов в экскаваторном забое.

а Ю «и

ю о

ч ш

у=0,0366х2 - 1,7446х +23,875 = 0,9818

?Цй< X

у = 0,0448х2 -Я2 = 2,1916х + 30,86 0,9859 4 * \ *

5 _ 10 15 20 25

Среднеквадратическое отклонение содержания полезных компонентов, %

X Без рудничной сепарации ♦ С рудничной сепарацией

Рисунок 10 - Зависимость единичного выемочного объема от среднеквадратичного отклонения содержания железа в забое

3 ш

Я =0,9559

5 10 15 20 25

Среднеквадратическое отклонение содержания полезных компонентов, % х Без рудничной сепарации ♦ С рудничной сепарацией

Рисунок 11 - Зависимость единичного выемочного объема

от среднеквадратичного отклонения содержания золота в забое

Моделированием установлено, что использование спутниковой навигации

для стабилизации качества рудопотоков практически полностью исключает потребность в стационарных усреднительных складах. При этом, на карьерах должны предусматриваться склады, основной функцией которых является не усреднение качественных показателей рудной массы, а компенсация ритмичности и неравномерности потребления руды и работы технологического оборудования (рисунок 12).

О 2 4 6 8 10

х Без применения АСУ Производительность карьера по руде, млн тонн

♦ С применением АСУ

Рисунок 12 - Зависимость удельного объема усреднительного склада от производительности карьера по руде

Установлено, что применение автоматизированной системы управления горнотранспортным комплексом с использованием высокоточной спутниковой навигации сокращает возможности негативных проявлений человеческого фактора на уровне исполнителей производственных процессов (бурение, экскавация, транспортирование) и повышает интеллектуальные функции технического руководства карьера (рисунок 13).

Подготовка пород к выемке !

(Луримние екпнжин Заряжание

Выемка и погр\зьа руды V вскрышных порол

§ Данные о качественных характеристики ПИ и физико-механические свойства пород

Задание на отгрузку определенного объема типа-сорта руды или вскрышных пород

Автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом с применением спутниковой навигационной системы

1 Количество отгружаемых вскрышных пород и руды с указанием содержания ПК

Транспортирование и выгрузка рудной массы и вскрышных пород

I Учет объема перево-

Задание пункта

погрузки и маршрута перевозки руды или вскрышных пород '

зок руды и ее качественных показателей

11с кшочение нарушений параметров БВР: I Исключение приписывания - отклонение от заданного количества про- | объемов выполненной работы : буренных погонных метров скважин; I! Четкое разделение вскрьпп--несоблюдатне параметров сетки сквадавт; ных пород и руды при контро-:- несоблюдение массы заряда в скважи- ле содержания в ней поле шых

1 ко в__

Контроль и уменьшение времени на пигрулчно . разгрузочные работы и общих простоев

Исключение приписывания рейсов

Рисунок 13 - Принципиальная схема организации работ горнотранспортного комплекса при использовании спутниковой навигации

Таким образом, использование спутниковой навигации для управлении качественными характеристиками единичных выемочных объемов с целью стабилизацию качества рудопотока выводит на новый организационно-технический уровень добычи минерального сырья в заданных масштабах при существенном снижении удельных эксплуатационных затрат и повышении качества товарной продукции, изменении роли человеческого фактора.

В четвертой главе проведена экономическая оценка целесообразности внедрения предлагаемых технологических решений на исследуемых горнодобывающих предприятиях: ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ЗАО «Золото Северного Урала».

Разработанные технологические рекомендации, обеспечивающие стабилизацию качества рудопотоков на исследуемых горнодобывающих предприятиях, принципиально сводятся к решению вопросов взаимосвязи существующей системы учета и контроля показателей работы технологического оборудования карьера с системой спутниковой навигации и имеющимся программным обеспечением геологического, маркшейдерского и горного учета. Экономическими расчетами убедительно доказано, что, на рассматриваемых и большинстве действующих отечественных рудных карьерах организовать потоковую стабилизацию качественных показателей руды возможно без привлечения значимых объемов дополнительных инвестиций и капитальных затрат.

Экономический эффект от применения спутниковой навигации при стабилизации качества рудопотоков будет достигаться за счет сокращения объемов стационарных усреднительных складов и снижения затрат на переработку руд (таблица 2).

Таблица 2—Расчетный экономический эффект от внедрения рекомендаций

Месторождение Экономия эксплуатационных затрат, млн руб. в год Совокупный годовой экономический эффект, млн руб.

при отказе от усреднительного склада при переработке руды

Малый Куйбас 9,63 54,6 64,23

Ковдорское 254,18 176,7 430,88

Воронцовское 16,04 3,9 19,94

Таким образом, стабилизация качества карьерных рудопотоков при использовании спутниковой навигации обеспечивает уменьшение отклонения качества руды от требуемого значения, что позволяет увеличить выход концентрата при повышении экономической эффективности горно-обогатительного комплекса в целом и способствует росту полноты освоения запасов рудных месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, дано новое решение актуальной научно-практической задачи повышения эффективности и полноты освоения запасов рудных месторождений открытой геотехнологией путем разработки инновационных технологических спо-

собов управления качеством рудой массы для ее стабилизации. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. В результате анализа применяемых в настоящее время способов управления качеством рудной массы на карьерах установлено, что обеспечение требуемого качества руды на карьерах в основном достигается использованием усред-нительных складов. В условиях постоянного снижения качества добываемой руды горнодобывающие предприятия вынуждены увеличивать объемы усред-нительных складов и вести поиск новых способов обеспечения заданного качества руды.

2. Доказано, что внедрение спутниковой навигации и других современных технологий на открытых горных работах продиктовано стремлением предприятия снизить эксплуатационные расходы за счет учета и контроля работы горнотранспортного оборудования. При этом, значительная часть потенциала данных технологий остается не использованной, в том числе и при стабилизации качества карьерах рудопотоков.

3. Введено понятие «единичный выемочный объем» — это объем руды в обуренном и взрываемом блоке, рудной массы в развале, в ковше экскаватора, кузове транспортного средства. Предложен новый подход к управлению качеством рудной массы, предполагающий рассматривать стабилизацию качества руды как непрерывный процесс усреднения отдельных единичных выемочных объемов, начиная с момента их извлечения из неф, перемещения и заканчивая выгрузкой в заданном пункте, использование которого обеспечивает повышение полноты и эффективности освоения запасов месторождения не менее чем на 2 и 10% соответственно.

4. Классифицированы системы автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков по типу и назначению управляемой системы и количеству управляемых процессов. Применение данных систем позволяет определить рациональные параметры стабилизируемого потока в различных горнотехнических условиях. Причем на стадии оперативного управления, в зависимости от области применения и технологии добычи, определяется назначение системы и режим управления.

5. Разработана динамическая модель стабилизации качества карьерных рудопотоков, позволяющая определить оптимальные параметры потоков в зависимости от: среднеквадратического отклонения содержания металла в руде, параметров залегания залежи, количества добычных забоев и типоразмера карьерного оборудования, удельных затрат на добычу и переработку руды. Предложен алгоритм стабилизации качества рудной массы, учитывающий имеющуюся информацию и степень ее достоверности на каждой стадии стабилизации, использование которого позволяет определить вид применяемых операций и их последовательность для стабилизации качества карьерных рудопотоков.

6. Установлены зависимости единичного выемочного объема и количества добычных забоев от изменчивости содержания полезных компонентов в добычном забое при использовании спутниковой навигации. Определено, что при среднеквадратическом отклонении содержания металла в руде более 5% использование спутниковой навигации обеспечивает стабилизацию качества ру-допотока не менее чем на 35% эффективнее применяемых на предприятии способов управления качеством руды.

7. Доказано, что использование спутниковой навигации на железорудных карьерах для стабилизации качества рудопотоков позволяет полностью отказаться от применения капитальных усреднительных складов, при количестве забоев более 6 и среднеквадратическом отклонении содержания металла в руде от 10% и более. Показано, что потоковая стабилизация качества руды на карьерах с применением спутниковой навигации обеспечивает новый организационно-технический уровень добычи минерального сырья заданного качества в требуемых масштабах и сокращает возможности негативных проявлений человеческого фактора.

8. Экономически обоснована целесообразность использования спутниковой навигации при стабилизации качества рудопотоков для условий месторождений «Малый Кубас», «Воронцовское», «Ковдорское», расчетный совокупный эффект составит соответственно 64,23,430,88 и 19,94 млн руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: В изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Рыльников А.Г. Внедрение системы диспетчеризации «Карьер» на Воронцо-ском месторождении / Д.М. Борболин, Рыльников А.Г., Пудов A.A., Новиков A.B., Волгина Н.В. // Горный журнал. - 2011. - №7. _ с. 89-93.

2. Рыльников А.Г. Автоматизированные системы управления качеством рудопотоков на карьерах / Трубецкой КН., Пыталев И.А, Рыльников А.Г. // Маркшейдерский вестник. - 2013. - №6. - С. 5-10.

3. Рыльников А.Г. Стабилизация качества рудной массы на карьерах с применением метода динамического программирования / Рыльников А.Г. // Маркшейдерский вестник.-2013.-№6.-С. 11-15.

В прочих изданиях

4. Рыльников А.Г. Формирование заданного качества рудопотока посредством автоматизированной системы диспетчеризации горного транспорта / Клебанов А.Ф., Рыльников А.Г. // Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасности горных работ: Материалы международной научно-технической конференции Магнитогорск, 2003. - С.81-83.

5. Рыльников А.Г. Горное дело и металлургия. Краткая хронология / Шадру-нов ВА., Рыльников А.Г. и др. - Магнитогорск: МГТУ им. ГЛ. Носова, 2002 - 64 с.

6. Рыльников А.Г. Результаты внедрения оперативной системы диспетчеризации транспорта на предприятиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» / Трубецкой КН., Рыльников А.Г., Одницев Н.В. // Недропользование. - 2007. - №6. - С. 65-67.

7. Рыльников А.Г. Микропроцессорные системы управления СЦБ железнодорожных станций горного производства / Рыльников А.Г. // Передовые технологии на карьерах: сборник докладов. - г. Бишкек, 2007. - С. 116-120.

8. Рыльников А.Г. Совершенствование системы управления горнотранспортным комплексом на угольных разрезах Кузбасса / Бондаренко A.B., Рыльников А.Г. // Недропользование. - 2009. - №4. - С. 71-73.

Подписано в печать 19.11.2013 Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 665.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Рыльников, Алексей Геннадьевич, Магнитогорск

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

на правах рукописи

04201454292

Рыльников Алексей Геннадьевич

СТАБИЛИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА ДОБЫВАЕМОЙ РУДЫ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПУТНИКОВОЙ

НАВИГАЦИИ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент И.А. Пыталев

Магнитогорск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1. ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДНОЙ МАССЫ НА КАРЬЕРАХ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ................................................... 9

1.1. Горно-геологические и горнотехнические условия разработки месторождений разносортных руд.......................................... 9

1.2. Показатели качества рудной массы и факторы, их определяющие... 38

1.3. Способы управления качеством рудопотоков и требования к качеству рудной массы на карьерах.......................................... 47

1.4. Обобщение опыта использования и перспектив совершенствования автоматизированных систем и систем спутниковой навигации......................................................................... 47

1.5. Цель, задачи и методы исследования.......................................... 63

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.............................................................. 66

2. РАЗВИТИЕ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДОПОТОКОВ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ.................................................................... 68

2.1. Классификация автоматизированных систем управления качеством рудопотоков на открытых горных работах с использованием спутниковой системы навигации....................................................... 68

2.2. Факторы, определяющие качество рудопотоков при применении систем спутниковой навигации................................................ 79

2.3. Обоснование исследовательской модели выбора рациональных параметров системы стабилизации качества рудопотоков.............. 87

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2............................................................. 101

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА РУДОПОТОКОВ ПРИ

применен™ на карьерах систем спутниковой

НАВИГАЦИИ............................................................................ 103

3.1. Влияние параметров залегания рудных тел различного вещественного состава на параметры качества рудопотоков............ 103

3.2. Влияние емкости ковша экскаватора и кузова автосамосвала на качество рудной массы при ее потоковой стабилизации.................... 114

3.3. Влияние количества, емкости и места расположения усредни-тельных складов руды на стабилизацию качества рудопотока......... 124

3.4. Влияние автоматизации процесса стабилизации качества рудопотоков на снижение роли человеческого фактора в организации производства..................................................................... 132

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3............................................................ 138

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА РУДНОЙ МАССЫ НА ИССЛЕДУЕМЫХ КАРЬЕРАХ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИХ ВНЕДРЕНИЯ....................................... 140

4.1. Разработка рекомендаций по стабилизации качества рудопотоков при использовании спутниковой навигации на карьере «Малый Куйбас»................................................................................... 140

4.2. Оценка экономической эффективности снижения объемов усредни-тельного склада при стабилизации качества рудопотоков при использовании спутниковой навигации................................................... 151

4.3. Оценка экономического эффекта от стабилизации качества карьерных рудопотоков при использовании спутниковой навигации на этапе переработки руды........................................................................... 153

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4............................................................. 160

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................. 161

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................... 163

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Современное состояние открытых горных работ характеризуется усложнением горнотехнологических условий, снижением качества минерального сырья, что влечет повышение себестоимости и снижение эффективности добычи руд. Устойчивая тенденция снижения содержания полезных компонентов в руде предопределяет дополнительные требования со стороны обогатительного передела к горнодобывающим предприятиям в части стабилизации качества рудной массы. При обогащении руд цветных металлов изменение среднего содержания металла в руде на 1-2 % приводит к увеличению затрат на производство концентрата на 10-20 %. В настоящее время большинству горнодобывающих предприятий весьма сложно обеспечить требуемые показатели качества руды. Поставляемая на обогатительную фабрику руда, добываемая из разных забоев, горизонтов и месторождений, характеризуется различным вещественным составом, что влечет снижение показателей извлечения ценных компонентов при обогащении и качества товарных концентратов. Для стабилизации качественных характеристик рудо-потоков дополнительные затраты горнодобывающих предприятий составляют 10-30% себестоимости. С другой стороны, использование современного оборудования и технологий, направленных на повышение интенсивности работ и полноты освоения рудных месторождений, создает дополнительные возможности для повышения качества извлекаемой рудной массы.

рождения за счет создания оперативной системы стабилизации качества рудной массы. В качестве связующего звена между геоинформационными системами, блочной моделью запасов месторождения и техническими средствами производства выступает автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом с применением спутниковой навигации. Поэтому обоснование условий стабилизации качества рудной массы при открытой разработке рудных месторождений с применением спутниковой навигации представляет весьма актуальную научно-практическую задачу.

Объект исследования. Рудопотоки при открытой разработке рудных месторождений (на примере месторождений Ковдорское, Малый Куйбас, Воронцовское).

Предмет исследования. Качественные характеристики рудопотоков открытых горных работ.

Основные задачи исследования:

- анализ опыта внедрения систем спутниковой навигации и способов управления качеством рудопотоков на карьерах;

- классификация систем автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков с применением навигационной спутниковой системы;

- разработка алгоритма и исследовательской модели определения рациональных параметров системы стабилизации качества рудопотоков;

- оценка влияния условий залегания рудных тел различного вещественного состава, характеристик усреднительных складов, а также емкости ковша экскаватора и кузова автосамосвалов на параметры качества рудопотоков при использовании спутниковой навигации;

- разработка рекомендаций по организации потоковой стабилизации рудной массы при использовании автоматизированных систем управления и оценка их экономической эффективности.

Защищаемые положения:

3. Спутниковая навигация в совокупности с разработанной динамической моделью управления качественными характеристиками добываемой руды позволяет при снижении удельных эксплуатационных затрат обеспечить стабилизацию качества карьерных рудопотоков без строительства стационарных ус-реднительных складов.

4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что использование спутниковой навигации для стабилизации качества карьерных рудопотоков выводит на новый организационно-технический уровень добьгчу минерального сырья заданного качества в требуемых масштабах.

Научную новизну работы составляют: 1. Классификация систем автоматизированного управления качеством карьерных рудопотоков по степени влияния на стабилизацию качества руд-

ной массы спутниковой навигации, использование которой позволяет определить рациональные параметры стабилизируемого потока в различных горнотехнических условиях.

Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов математического моделирования, аналитических расчетов; положительными результатами апробации рекомендаций в промышленных условиях.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международной научно-

технической конференции молодых специалистов (г. Магнитогорск, 2005 г.); II, IV международных конференциях «Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи» (г. Магнитогорск, 2003 г., г. Сибай,

2007 г.); на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва,

2008 г.); 67-й научно-технической конференции ГОУ ВПО «МГТУ» (г. Магнитогорск, 2009); V международных конференциях «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли» (г. Екатеринбург, 2009 г.), а также на международных выставках: «Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов» - MiningWorld Central Asia (2009, 2013), Республика Казахстан, г. Алматы, MINExpo International (2004,2008,2012 г.) Лас-Вегас, США.

Реализация результатов работы. Результаты исследований вошли в работу «Разработка и широкая промышленная реализация на горнодобывающих предприятиях России автоматизированной системы управления горнотранспортными комплексами «КАРЬЕР», удостоенную премии Правительства РФ в области науки и техники 2008 года (авторы: Трубецкой К.Н. - руководитель работы, Владимиров Д.Я., Горшков А.Ю., Клебанов А.Ф., Малышев С.Е., Одинцев Н.В., Перепелицын А.И., Рашевский В.В., Рыбак Л.В., Рыльни-ков А.Г.) и были использованы при организации потоковой стабилизации качества рудной массы на ряде предприятий Урала (ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ЗАО «Золото Северного Урала») и Северо-западного федерального округа (Ковдорский ГОК). Материалы работы внедрены в учебные курсы дисциплин «Проектирование карьеров», «Технология и комплексная механизация открытых горных работ», «Рациональное природопользование».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 103 пунктов.

1. ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДНОЙ МАССЫ НА КАРЬЕРАХ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ 1.1. Горно-геологические и горнотехнические условия разработки месторождений разносортных руд

Проблема стабилизации качества рудоиотоков стоит перед горнодобывающими предприятиями, не зависимо от вида добываемого полезного ископаемого. Однако особо остро данная проблема характерна для предприятий, разрабатывающих открытым способом месторождения руд черных и цветных металлов. В первую очередь это связано с исторически сложившейся спецификой освоения запасов страны, при которой большая часть месторождений с богатыми запасами либо отработаны, либо находятся на стадии доработки. При этом, содержание металла в руде имеет устойчивую тенденцию к снижению, а глубина, с которой добывается данная руда к увеличению. Помимо добычи руды с низким снижением металла, сегодня, для большинства горнодобывающих предприятий не только России, характерна отработка разносортных руд. Это приводит к разработке и внедрению мероприятий, обеспечивающих стабилизацию качества рудной массы и грузопотоков.

В настоящее время стабилизация качества рудной массы и рудопото-ков достигается частичным совершенствованием технологии формирования и управления рудопотоками, транспортными комплексами, перегрузочными и усреднительными складами без обеспечения всех процессов открытых горных работ на основе современной и общей системы контроля, позволяющей улучшить качество добываемого полезного ископаемого.

Горнодобывающим предприятиям черной металлургии: горнообогатительного производства (ГОП) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ГОП ОАО «ММК»), ОАО «Стойленский ГОК», ОАО «Михайловский ГОК», ОАО «Ковдорский ГОК» и угольной промышленности: ОАО «Южный Кузбасс», ОАО «Разрез Тугнуйский», ОАО «Разрез Киселевский», ОАО «УК Кузбассразрезуголь», «Таллинский разрез»,

ОАО «СУЭК - Кузбасс», «Разрез Заречный», ЗАО «Черниговец», ЗАО «ЛуТЭК», ООО «РУСАЛ Транспорт Ачинск» приходится вести добычу полезного иск�

Информация о работе

Рыльников, Алексей Геннадьевич
кандидата технических наук
Магнитогорск, 2013
ВАК 25.00.22

Диссертация

Стабилизация качества добываемой руды на открытых горных работах при использовании спутниковой навигации - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы