Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Технология формирования усреднительно-перегрузочного склада при циклично-поточном транспортировании полезного ископаемого на открытых горных работах

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

Автореферат диссертации по теме "Технология формирования усреднительно-перегрузочного склада при циклично-поточном транспортировании полезного ископаемого на открытых горных работах"

На правах рукописи 005017096 ИКОННИКОВ Дмитрий Андреевич

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УСРЕДНИТЕЛЬНО-ПЕРЕГРУЗОЧНОГО СКЛАДА ПРИ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОМ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная,

открытая и строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о;.;/.-; 7';?

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

005017096

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Холодняков Генрих Александрович

Официальные оппоненты.

Квитка Валерий Васильевич доктор технических наук, ОАО «Механобр-Техника», директор по горно-металлургическому комплексу

Тетерин Дмитрий Владимирович кандидат технических наук, ЗАО «Полиметалл Инжиниринг», главный специалист отдела аудита минеральных ресурсов и рудных запасов

Ведущее предприятие — ОАО «Гипроруда».

Защита состоится 25 мая 2012 г. в 13 ч 15 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, (bogusIEI@yandex.ru), ауд.1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 24 апреля 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета доктор технических наук, профессор

БОГУСЛАВСКИЙ Э.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время всё большее распространение получает циклично-поточная технология (ЦПТ) с комбинированным автомобильным и конвейерным транспортом. Применение конвейерного транспорта обеспечивает значительное снижение расходов на энергоносители и повышение производительности труда. Применение новой техники - мобильных дробильных установок и крутонаклонных конвейерных комплексов (КНК) расширяет возможности циклично-поточного транспортирования.

Наиболее полное использование всех преимуществ комбинированного транспорта может быть достигнуто при правильном обосновании области его применения и обеспечении заданного уровня стабильности качества полезного ископаемого.

Несмотря на значимость проблемы усреднения руды, она практически не решена для условий циклично-поточной технологии, всё более внедряемой в производство в настоящее время. В этих условиях актуальной задачей является повышение эффективности транспортных потоков доставки полезного ископаемого с учётом необходимости организации усреднительно-перегрузочных складов.

Принципиальная схема усреднения при циклично-поточной технологии транспортирования полезного ископаемого показана на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема усреднения при циклично-поточной технологии транспортирования полезного ископаемого

Фундаментальные исследования в области применения циклично-поточной технологии на открытых горных работах, а также основные принципы создания и эксплуатации усреднительных складов руды отражены в трудах таких ученых, как: Е.И. Азбель, С.Я. Арсеньев, П.П. Бастан, В.Ф. Вызов, М.В. Васильев, Ф.Г. Грачёв, В.В. Квитка, Г.Г.Ломоносов, Н.В.Мельников,

С.П. Решетняк и др.

Работа выполнена в рамках Государственного контракта №02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически безопасных малоотходных способов разработки месторождений открытым способом в сложных гидрогеологических условиях».

Цель диссертационной работы. Разработка технологии формирования усреднительно-перегрузочного склада при циклично-поточном транспортировании на открытых горных работах.

Задачи исследования.

1. Анализ литературных источников и оценка опыта усреднения полезного ископаемого на отечественных и зарубежных горных предприятиях, ведущих добычу открытым способом с применением циклично-поточной технологии транспортирования.

2.Теоретическое обоснование и разработка методики выбора параметров усреднительно-перегрузочных складов руды с приемной траншеей.

3.Обоснование числа экскаваторов, занятых на добыче с учётом требований к обеспечению необходимого содержания

полезного компонента в руде.

4.0ценка технико-экономических показателей циклично-поточного транспортирования полезного ископаемого с применением усреднительно-перегрузочных складов на карьере

«Олений Ручей».

Идея работы. Обоснование технологии усреднительно-перегрузочных систем следует осуществлять на основе установленных зависимостей основных параметров склада от рабочих параметров перегрузочного оборудования.

Научная новизна работы.

1. Установлены зависимости вместимости и ширины приемной траншеи рудного склада от глубины, радиусов черпания и разгрузки гидравлического экскаватора типа обратная лопата, занятого на усреднении.

2. Выявлена зависимость резерва производительности экскаваторов на добыче от коэффициента однородности качества руды.

Основные защищаемые положения:

1. В условиях глубоких карьеров для снижения затрат на добычу полезного ископаемого следует применять систему циклично-поточной технологии, с устройством усреднительно-перегрузочного склада при автомобильном и конвейерном транспорте.

2. Количество экскаваторов на добыче, обеспечивающее выполнение требований к усреднению содержания полезного компонента в руде, следует определять по графикам зависимости коэффициента резерва производительности экскаваторов от коэффициента однородности качества руды.

3. Для повышения эффективности работы усреднительно-перегрузочных складов следует применять в качестве выемочно-погрузочного оборудования гидравлические экскаваторы типа обратная лопата, способные работать в забое нижним черпанием.

Методы исследований. Общей теоретической и методологической основой работы является комплексный подход, включающий анализ и обобщение исследований ученых в области проектирования усреднительных складов полезного ископаемого на карьерах, изучение производственных и проектных материалов, горно-геометрические расчеты, графоаналитический метод.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением фундаментальных положений теории и практики открытых горных работ, применением современных научных методов, обобщением опыта эксплуатации карьеров, получением удовлетворительной сходимости результатов расчетов с практикой эксплуатации карьеров.

Практическая значимость работы.

1. Представлен метод определения числа экскаваторов для обеспечения необходимых параметров однородности полезного ископаемого.

2. Разработана технология формирования усреднительно-перегрузочных складов при циклично-поточном транспортировании

полезного ископаемого.

3. Установлены основные параметры складов при использовании в качестве перегрузочного оборудования гидравлических экскаваторов типа обратная лопата.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на международной научной конференции «День горняка и металлурга» (Германия, Фрайбергская горная академия, 2010, 2011 гг.); международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Открытые горные работы в 21 веке» (Красноярск, 2011г.); международной научно-практической конференции молодых учёных и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее» (Тула, 2011г.); XII международной научно-практической конференции

«Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2011г.); на студенческой научной конференции (Польша, Краковская горно-металлургическая Академия (КГМА), 2009 г.); на заседаниях кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых СПГГУ (Санкт-Петербург, 2010, 2011, 2012 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получено авторское

свидетельство на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 172 страницы, 29 таблиц, 36 рисунков и список литературы из 115 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г.А. Холоднякову, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы; сотрудникам кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых за ценные советы и оказание помощи в сборе материалов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Общей теоретической базой работы послужили труды ученых в области открытых горных работ и рационального использования природных ресурсов карьерного поля таких, как академики РАН H.H. Мельников и К.Н. Трубецкой; чл.-корр. РАН A.A. Пешков и B.JL Яковлев, доктора наук: Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, H.H. Волошин, Ж.В. Бунин, К.А. Васильев, С.Е. Гавришев, В.А. Галкин, A.B. Гальянов, В.Н. Игнатов, Ю.Е. Капутин, B.C. Коваленко, В.Ф. Колесников, C.B. Корнилков,

A.И. Косолапов, М.В. Костромин, Н.Я. Лобанов, Ю.М. Овешников,

B.В. Ржевский, В.П. Федорко, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков, B.C. Хохряков, М.И. Щадов; кандидаты наук С.С. Аршинов, A.C. Каренин, Д.В. Тетерин и др.

В первой главе рассмотрены и проанализированы этапы усреднительных операций, схемы и конструкции оборудования занятого на усреднении, сегрегация и её влияние на качество полезного ископаемого, разобраны особенности ведения открытых горных работ при использовании в карьере циклично-поточной технологии, обоснован выбор направления исследований.

Во второй главе предложены технологические схемы усреднения при смешении конвейерных потоков полезного ископаемого. Приведена методика по определению основных параметров технологических схем усреднения со стационарными, полустационарными и мобильными дробильными установками и классифицирующими пунктами. Показан метод определения резерва экскаваторов и оценки целесообразности организации усреднительных складов.

В третьей главе представлена методика и проведены расчёты по определению основных параметров усреднительных складов типа «приемная траншея», а также параметров контурного

взрывания при устройстве приемной траншеи в скальных породах. Показана технология создания и эксплуатации усреднительно-перегрузочных складов при циклично-поточной технологии. Установлены зависимости вместимости приемной траншеи для различных видов перегрузочных складов от рабочих параметров

гидравлического экскаватора.

В четвертой главе рассмотрено современное состояние работ и горнотехнические условия разработки месторождения «Олений Ручей», предложен алгоритм расчета количества руды на промежуточном складе в условиях непостоянной производительности карьера по полезному ископаемому. Выполнен расчет емкости накопительного склада руды для начального этапа эксплуатации апатит-нефелинового месторождения «Олений ручей». Проведено технико-экономическое сравнение базовой и проектируемой технологических схем транспортирования, перегрузки и усреднения руды на прикарьерном складе.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. В условиях глубоких карьеров для снижения затрат на добычу полезного ископаемого следует применять систему циклично-поточной технологии, содержащую автомобильный и конвейерный транспорт с устройством усреднительно-

перегрузочного склада.

По мере увеличения глубины ведения открытых горных работ возникает задача сохранения высокой производительности горнотранспортного оборудования, что возможно лишь при обеспечении экономически целесообразных расстояний

транспортирования.

В процессе эксплуатации месторождений практика показала, что при глубине горных работ 150 м и более, с увеличением расстояния перевозки горной массы до 4,5 - 5 км, при значительной высоте подъема груза технический и экономический ресурсы автосамосвалов исчерпываются даже с увеличением их 1 рузоиодъемности до 120 т и более. Рост их числа не решает проблемы, а приводит к еще большим производственным затруднениям и экономическим затратам. С этой целью на карьерах

8

стремятся применять циклично-поточную технологию транспортирования полезного ископаемого.

В настоящее время всё большее распространение получает циклично-поточная технология (ЦПТ) с самоходными дробильными агрегатами, передвижными дробильно-перегрузочными

комплексами и крутонаклонными конвейерными линиями (КНК). Применение конвейерного транспорта обеспечивает значительное снижение расходов на энергоносители (на 65-70%) и еще более впечатляющее повышение производительности труда (затраты на рабочую силу уменьшаются на 80-93%). Конвейерный транспорт характеризуется наименьшими среди прочих основных видов технологического карьерного транспорта затратами энергии на подъем горной массы (его удельная энергоемкость - расход условного топлива на подъем 1 тонны горной массы на один метр -составляет 1,7-2,3 г, тогда как для автомобильного и железнодорожного аналогичный показатель составляет 4,5-5,2 и 3,4-4,4, соответственно).

КНК имеет ряд преимуществ: нет необходимости выполнения дополнительных горно-капитальных работ, так как КНК устанавливается на узкой полосе отстроенного участка борта карьера и есть возможность варьирования углом наклона конвейера, не требуется создание дополнительных транспортных берм для обслуживания линейных секций, которые уменьшают угол наклона борта карьера и исключается необходимость прокладки специальных траншей и проходки стволов под конвейерные линии. При этом горная масса доставляется на вышележащие горизонты или вовсе за пределы карьера, уменьшая или исключая привнесение дополнительных затрат на создание специальных площадок или котлованов и тем самым выемку дополнительных объёмов горной массы.

2. Количество экскаваторов на добыче, обеспечивающее выполнение требований к усреднению содержания полезного компонента в руде, следует определять по графикам зависимости коэффициента резерва производительности экскаваторов от коэффициента однородности качества руды.

Одним из требований, предъявляемым к однородности качественного состава полезного ископаемого, является определение резерва погрузочной техники.

Анализ результатов моделирования на ЭВМ для условий карьеров производительностью от 2 млн. до 45 млн. т в год, типом экскаватора с ковшом ёмкостью от 2 до 20 м3, числом экскаваторов на добыче от 2 до 9, допустимым значением среднеквадратичного отклонения содержания полезного ископаемого в сменных объемах добычи от 0,5 до 1,5%; содержание полезного ископаемого в экскаваторных забоях условно принималось распределенным по нормальному закону со среднеквадратичным отклонением от 2 до 8%. показал, что необходимое число экскаваторов на добыче, обеспечивающее выполнение требований к усреднению содержания полезного компонента в руде, целесообразно определять по графикам зависимости коэффициента резерва производительности экскаваторов кр от коэффициента однородности качества руды ка

(рис. 2).

Рис. 2. Зависимость коэффициента резерва производительности экскаваторов (кР) от коэффициента однородности качества руды (ко) при различном числе добычных экскаваторов (п)

Под коэффициентом однородности качества руды понимаем отношение максимально допустимого значения

среднеквадратичного отклонения содержания железа в сменных объемах добычи <Удоп к среднеквадратичному отклонению содержания полезного компонента в экскаваторных забоях ок:

к0=^, (1) ст.

Под коэффициентом резерва производительности экскаваторов кр понимаем отношение возможной суммарной

производительности экскаваторов, работающих на добыче в течение смены, к сменной производительности карьера по руде:

(2)

' а

где (}э - возможная сменная производительность экскаватора по руде, т; С2К - сменная производительность карьера по руде, т.

Рассмотрим порядок расчета числа экскаваторов на добыче с помощью графиков кр=/(к„), приведенных на рис. 1.

Известна величина порции руды С? и требуется определить среднеквадратичное отклонение содержания железа в объемах руды, равных р. Для этого необходимо воспользоваться формулой

ств=К-0К^,%. (3)

Величина ак для действующих карьеров определяется в процессе статистической обработки фактических показателей. Для вновь проектируемых карьеров величину стк ориентировочно надо определять по формуле

(4)

а =о>

д.р.

где Одр - среднеквадратичное отклонение содержания полезного компонента в руде по данным детальной разведки, %; 1грп

- интервал опробования руды в скважине при детальной разведке (длина рядовой пробы по керну), м; 1гу - высота уступа, м.

Если статистическая обработка результатов детальной разведки не производилась и величина адр неизвестна, ее можно ориентировочно определить по формуле

адр = ,%, (5)

гле /у - максимальное значение содержания усредняемого

компонента в рядовых пробах, %; - бортовое содержание

усредняемого компонента, %.

Однако усреднение руды только за счет увеличения числа

резервных экскаваторов в карьере не всегда эффективно. В ряде

случаев целесообразно организовывать усреднительные склады.

Необходимость организации таких складов в каждом конкретном

случае надо обосновывать технико-экономическим сравнением

вариантов. Для ориентировочной оценки целесообразности

организации усреднительных складов можно руководствоваться

следующим критерием: если „.(*, -1)<1, организация

усреднительного склада нецелесообразна; если п-{кр-\)>2,

организация усреднительного склада целесообразна. Оптимальную емкость усреднительного склада и рациональный резерв производительности экскаваторов в карьере при этом можно определять с помощью описанной выше методики, базирующейся на принципах имитационного моделирования. Для этого достаточно включить в программу моделирования дополнительный блок, анализирующий динамику работы склада в зависимости от числа карьерных экскаваторов и коэффициента однородности качества

полезного ископаемого.

Увеличение резерва производительности экскаваторов на добыче за счет выбора экскаваторов большей производительности эффективно лишь до некоторого предела. Обозначим через кта значение коэффициента резерва производительности

экскаваторов, дальнейшее увеличение которого не приводит (при данном числе экскаваторов на добыче) к уменьшению величины ко-

Из графиков кр=Г(к0), видно, что для двух экскаваторов на добыче =1,75, для трех экскаваторов к™ = 2,5, для четырех

экскаваторов ¿™ах =3,5. Увеличение числа экскаваторов на добыче

свыше восьми практически не улучшает показатели усреднения (полученные в процессе моделирования зависимости кр = Дк0) при п=8 и п=9 полностью совпали).

3. Для повышения эффективности работы усреднительно-перегрузочных складов следует применять в качестве выемочно-погрузочного оборудования гидравлические экскаваторы типа обратная лопата, способных работать в забое нижним черпанием.

По мере увеличения глубины ведения открытых горных работ возникает задача сохранения высокой производительности горнотранспортного оборудования. С этой целью на карьерах применяются комбинированные транспортные системы, позволяющие эксплуатировать оборудование с максимальной производительностью и минимальными эксплуатационными затратами. Связующим звеном цикличного и поточного звеньев технологической цепи являются промежуточные пункты перегрузки руды, которые в свою очередь осуществляют роль усреднительных и буферных накопительных ёмкостей. Это позволяет при аварийных или плановых остановках цикличного или поточного звена осуществлять работу другого.

Наибольшее распространение на отечественных карьерах получили экскаваторные перегрузочные пункты с применением экскаваторов типа прямая механическая лопата. Это объясняется следующими причинами: возможность приема и отгрузки значительных объемов горной массы, независимость работы оборудования, простота устройства, высокая скорость возведения, возможность сортировать и усреднять руду. Однако существуют определенные недостатки экскаваторной перегрузки, снижающие эффективность использования комбинированного транспорта и ограничивающие глубину его ввода в карьер: значительные размеры в плане, низкая пропускная способность, необходимость

опережающего извлечения дополнительных объемов горной массы, либо формирования временно нерабочих целиков.

Анализ научной литературы показывает, что, несмотря на широкое распространение на горных предприятиях гидравлических экскаваторов, возможность их использования в качестве складского оборудования остается неисследованной. Гидравлические экскаваторы типа обратная лопата универсальны: пригодны для разработки пород как выше, так и ниже своего уровня стояния. Наиболее эффективна схема с нижним черпанием и погрузкой руды в транспортные средства, находящиеся ниже уровня стояния экскаватора. Экономия достигается за счет уменьшения угла поворота, высоты подъема ковша.

Принципиальным отличием от существующих схем промежуточного складирования является то, что руда размещается не в штабелях, а в траншее ниже уровня стояния экскаватора. Подготовительные работы заключаются в формировании приемной траншеи, параметры которой определяются рабочими параметрами перегрузочного экскаватора, а также необходимой емкостью склада и наличием свободного пространства.

На рис. 3 показан общий вид усреднительно-перегрузочного склада с ведением работ по его формированию и возможным расположением автомобильных дорог (в качестве второго звена транспортирования).

Подготовительные работы включают экскавацию руды в ряде забоев карьера в автомобильный транспорт, который доставляет до мобильных пунктов рудоподготовки к транспортированию конвейерным транспортом (крупная стадия дробления), транспортирование руды в траншею склада конвейерным транспортом 6 (рис. 3).

При фиксированных параметрах по сечению (ширине и высоте), определяемых параметрами погрузочного оборудования, длину траншеи склада Ь, определяют исходя из необходимой ёмкости склада. С конвейера 6 поток руды перегружают на передвижной конвейерный состав 7, который осуществляет доставку руды до транспортного моста с делителем потока.

в-в

Рис. 3. Общий вид усреднительного перегрузочного склада

Состав 7 замыкает платформа 8, на которой расположен делитель потока на основе плоскодонного вибрационного питателя, деление производится путем продольного сечения по траектории свободного падения, на необходимое число потоков (в данном случае три потока). Платформа 8 также служит опорой для транспортировочного моста 9. Вторая опора транспортировочного

моста также подвижна и имеет привод для совместного перемещения вдоль склада по железнодорожному полотну всей конструкции - передвижного конвейера и транспортировочного моста. Движение конструкции производят одновременно с доставкой руды из карьера. Таким образом, руду укладывают слоями по длине склада. После заполнения участка склада всю конструкцию (передвижной конвейер и транспортировочный мост) перемещают по рельсам на второй участок, где операцию повторяют. Поверхность сформированного участка выравнивают с помощью бульдозера с целью создания площадки для гидравлического экскаватора типа обратная лопата, необходимого для дальнейших операций усреднения и погрузки рудной массы в транспорт (рис. 4).

Одновременно с заполнением участка склада ведут отгрузку горной массы. Для этого приемную траншею разделяют на два участка: заполнения 10 и погрузки 11 (рис. 3).

В-В

На рис. 5 показаны параметры траншеи усреднительно-перегрузочного склада.

V-!—\|

в

/I ш

Не

В

/

т

л

£

Л

\

\

Рис. 5. Параметры траншеи усреднительного перегрузочного склада

Первоначально проводят подготовительные работы, заключающиеся в формировании приемной траншеи 1 длиной Ь. Ширину траншеи по дну В, как и ширину траншеи по поверхности В', определяют по рабочим характеристикам погрузочного оборудования, а именно, радиусами черпания на уровне стояния

и разгрузки Яр, максимальной глубиной черпания я,.

Извлекаемые в процессе проходки траншеи скальные породы частично складируют вдоль одного из бортов выемки. Из них формируют площадку для передвижного конвейерного состава 2. Высота площадки !гт и глубина траншеи 1гтр составляют общую глубину перегрузочного склада Нс ■ При формировании приемной

траншеи задают уклон величиной 2-4-3° в сторону площадки погрузки автосамосвалов 3. Уклон необходим для отвода воды. Его поддерживают в процессе эксплуатации склада при зачистке экскаватором дна траншеи. В торцах выемки формируют водоприемники 4, параметры которых зависят от водопритока. С целью предотвращения просыпания горной массы вдоль площадки погрузки автосамосвалов предварительно формируют

предохранительный вал 5. После заполнения участка склада заезд на площадку разгрузки автосамосвалов перекрывают.

Перегрузка руды с помощью гидравлического экскаватора типа обратная лопата имеет следующие преимущества: уменьшаются объемы горно-капитальных работ, создаются благоприятные условия для хранения руд различных сортов, реализуется наиболее эффективная технология ведения горных работ с нижним черпанием, обеспечивается бесперебойность приема и отгрузки руды, уменьшается пылевыделение на участке разгрузки руды.

В целях проверки экономической эффективности предлагаемой технологии, произведен анализ состояния работ и горнотехнических условий разработки месторождения «Олений Ручей». Описана и обоснована схема транспортирования с применением комбинированного конвейерного и автомобильного транспорта с перегрузкой и усреднением на складе предложенной конструкции. Проведенный сравнительный расчет эксплуатационных затрат на транспортирование и перегрузочные работы на накопительном складе показал, что их экономия для условий месторождения «Олений Ручей» составит 35 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования и разработки технологии формирования усреднительно-перегрузочного склада

применительно к циклично-поточному транспортированию полезного ископаемого на открытых горных работах, позволяющих обеспечить качество сырья, поставляемого на фабрику.

Основные научные и практические выводы и результаты:

1. В условиях циклично-поточного транспортирования на открытых горных работах усреднение руды необходимо осуществлять с помощью усреднительно-перегрузочных складов.

2. Разработаны схемы внутрикарьерного и прикарьерного усреднения полезного ископаемого на складах с приемной траншеей при циклично-поточном транспортировании и применении на усреднении экскаватора типа обратная лопата, а также схема

усреднения при смешении конвейерных потоков полезного ископаемого с применением стационарных, полустационарных, мобильных дробилок и грохотов, классифицирующих пунктов.

3. Вместимость приемной траншеи усреднительно-перегрузочного склада в зависимости от типоразмера гидравлического экскаватора может составлять от 6 ООО м3 до 18 ООО м3 руды на 100 м длины траншеи.

4. Выявлены параметры технологических схем усреднения руды со стационарными и полустационарными дробильными установками и классифицирующими пунктами.

5. Разработана методика расчета емкости накопительного склада руды в условиях неравномерной производительности карьера по полезному ископаемому.

6. Представлена методика определения резерва добычных экскаваторов для обеспечения необходимого усреднения полезного ископаемого.

7. Экономия затрат при применении разработанной технологии в карьере «Олений Ручей» АО Северо-Западной Фосфорной Компании составит 35 млн. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России:

1. Иконников Д.А. Исследование устойчивости уступа, сложенного сыпучим материалом при его отработке гидравлическим экскаватором типа «обратная лопата» / Г.А. Холодняков, K.P. Аргимбаев, Д.А. Иконников // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Горная книга, - 2011. - №9. -С. 114-117.

2. Иконников Д.А. Технологические схемы усреднения руды при циклично-поточной технологии открытых горных работ / Г.А. Холодняков, А.О. Ипатова, Д.А. Иконников, K.P. Аргимбаев // Записки Горного института. -2012. - Том 195. - С. 142-145.

3. Иконников Д.А. Обоснование резерва экскаваторов для обеспечения усреднения качества руды / Г.А. Холодняков, Д.А. Иконников // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Горная книга, - 2012. - №4. - С. 269-271.

- в остальных изданиях:

4. Ikonnikov D.A. Ore reclaiming by the cyclical and continuous method at modern open-cast mines // Scientific Reports on Resource Issues 2010, Voliume 3, Freiberg: TU Bergakademie, Germany, - 2010. -P. 159-162.

5. Иконников Д.А. Потери полезных ископаемых и мероприятия по их сокращению / Д.А. Иконников, П.Б. Кава // Сборник материалов 1-й международной научно-практической конференции молодых учёных и студентов «Опыт прошлого -взгляд в будущее». - Тула, ТулГУ, - 2011. - С. 31 -35.

6. Иконников Д.А. Типы и закономерности формирования складов полезного ископаемого и хвостохранилищ / К.Р. Аргимбаев, Д.А. Иконников // Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сборник научных трудов XII международной научно-практической конференции. - Санкт-Петербург: Политехнический университет, 2011. -Том № 2- С. 308-310.

7. Иконников Д.А. Основные направления развития проектирования открытых горных работ в 21 веке / Г.А. Холодняков, К.Р. Аргимбаев, Д.А. Иконников, О.Е. Русак // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Открытые горные работы в 21 веке». - Красноярск, -2011.-С. 173-176.

8. Ikonnikov D.A. Ore reclaiming process flowsheets for the cyclical and continuous method of open-cast mining // Scientific Reports on Resource Issues 2011, Volume 1, Freiberg: TU Bergakademie, Germany, - 2011. - P.79-82.

9. Иконников Д.А. Авторское свидетельство на полезную модель № 2011124380/11. Передвижной конвейер / Д.А. Иконников, Г.А. Холодняков, К.Р. Аргимбаев, - 2011.

РИЦСПГГУ. 19.04.2012. 3.269 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21 -я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Иконников, Дмитрий Андреевич, Санкт-Петербург

61 12-5/3673

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный университет

На правах рукописи ИКОННИКОВ ДМИТРИЙ АНДРЕЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УСРЕДНИТЕЛЬНО-ПЕРЕГРУЗОЧНОГО СКЛАДА ПРИ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОМ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ

РАБОТАХ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и

строительная)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук Холодняков Г. А.

Санкт-Петербург 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1. ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСРЕДНЕНИЯ РУДЫ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ..............................................................................................................9

1.1. Этапы усреднительных операций и их характеристика..............................18

1.2. Регулирование качества полезного ископаемого при добыче....................19

1.3. Усреднение недроблёной руды на промежуточных складах......................21

1.4. Усреднение руд на складах обогатительных фабрик и металлургических заводов......................................................................................................................23

1.5. Сегрегация и её влияние на качество руд, поступающих на переработку 25 1.6 Усреднение руды при добыче..........................................................................30

1.7. Усреднение дроблёной руды..........................................................................32

1.8. Усреднение руды на рудных дворах металлургических заводов...............33

1.9. Усреднительное оборудование.......................................................................41

1.10. Выводы по главе 1.........................................................................................56

2. УСРЕДНЕНИЕЕ РУДЫ СО СТАЦИОНАРНЫМИ,

ПОЛУСТАЦИОНАРНЫМИ, МОБИЛЬНЫМИ ДРОБИЛКАМИ И КЛАССИФИЦИРУЮЩИМИ ПУНКТАМИ..........................................................58

2.1. Обоснование резерва погрузочной техники для обеспечения однородности качества руды.................................................................................58

2.2. Усреднение руды в бункерах..........................................................................62

2.3. Усреднение руды со стационарными, полустационарными, мобильными дробилками и классифицирующими пунктами...................................................67

2.4. Выводы по главе 2............................................................................................74

3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСРЕДНИТЕЛЬНЫХ СКЛАДОВ.........76

3.1. Расчёт параметров прикарьерного усреднительно-перегрузочного склада........................................................................................................................76

3.2. Расчёт параметров внутрикарьерного усреднительно-перегрузочного склада........................................................................................................................81

3.3. Расчёт параметров контурного взрывания при устройстве приёмной траншеи....................................................................................................................86

3.4. Исследование зависимостей основных параметров склада от технических характеристик перегрузочного оборудования...............................91

3.5. Исследование показателей усреднения руды на перегрузочном пункте типа «приёмная траншея»......................................................................................95

3.6. Технология создания и эксплуатации усреднительного перегрузочного склада при циклично-поточной технологии открытых горных работ..............98

3.7. Выводы по главе 3.....................................................................................105

4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РУДНЫХ СКЛАДОВ ДЛЯ АПАТИТ-НЕФЕЛИНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ХИБИНСКОГО МАССИВА............ 106

4.1. Состояние алюминиевого и фосфатного сырья Российской Федерации ........................................................................................106

4.2. Современное состояние работ и горнотехнические условия разработки месторождения «Олений Ручей» АО Северо-Западной Фосфорной Компании

.................................................................................................................................112

4.3. Открытые горные работы на месторождении «Олений Ручей»...............123

4.4. Расчёт ёмкости накопительного рудного склада на этапе ввода в эксплуатацию карьера «Олений Ручей».............................................................135

4.5. Сравнительная характеристика технологических схем транспортирования, перегрузки и усреднения руды на прикарьерном складе карьера «Олений Ручей».....................................................................................................................143

4.6. Выводы по главе 4.........................................................................................157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................ 159

ЛИТЕРАТУРА...............................................................................161

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

В настоящее время всё большее распространение получает циклично-поточная технология (ЦПТ) с комбинированным автомобильным и конвейерным транспортом. Применение конвейерного транспорта обеспечивает значительное снижение расходов на энергоносители и повышение производительности труда. Применение новой техники - мобильных дробильных установок и крутонаклонных конвейерных комплексов (КНК) расширяет возможности циклично-поточного транспортирования.

Наиболее полное использование всех преимуществ комбинированного транспорта может быть достигнуто при правильном обосновании области его применения и обеспечении заданного уровня стабильности качества полезного ископаемого.

Несмотря на значимость проблемы усреднения руды, она практически не решена для условий циклично-поточной технологии, всё более внедряемой в производство в настоящее время. В этих условиях актуальной задачей является повышение эффективности транспортных потоков доставки полезного ископаемого с учётом необходимости организации усреднительно-перегрузочных складов.

Принципиальная схема усреднения при циклично-поточной технологии транспортирования полезного ископаемого показана на рис. 1.

Фундаментальные исследования в области применения циклично-поточной технологии на открытых горных работах, а также основные принципы создания и эксплуатации усреднительных складов руды отражены в трудах таких ученых, как: Е.И. Азбель, С.Я. Арсеньев, П.П. Бастан, В.Ф. Вызов, М.В. Васильев, Ф.Г. Грачёв, В.В. Квитка, Г.Г. Ломоносов, Н.В. Мельников, С.П. Ре-шетняк и др.

Работа выполнена в рамках Государственного контракта № 02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически безопасных малоотходных способов разработки месторождений открытым способом в сложных гидрогеологических условиях».

Цель диссертационной работы.

Разработка технологии формирования усреднительно-перегрузочного склада при циклично-поточном транспортировании на открытых горных работах.

Задачи исследования.

1 .Анализ литературных источников и оценка опыта усреднения полезного ископаемого на отечественных и зарубежных горных предприятиях, ведущих добычу открытым способом с применением циклично-поточной технологии транспортирования.

2.Теоретическое обоснование и разработка методики выбора параметров усреднительно-перегрузочных складов руды с приемной траншеей.

3.Обоснование числа экскаваторов, занятых на добыче с учётом требований к обеспечению необходимого содержания полезного компонента в руде.

4.0ценка технико-экономических показателей циклично-поточного транспортирования полезного ископаемого с применением усреднительно-перегрузочных складов на карьере «Олений Ручей».

Идея работы.

Обоснование технологии усреднительно-перегрузочных систем следует осуществлять на основе установленных зависимостей основных параметров склада от рабочих параметров перегрузочного оборудования.

Научная новизна работы.

1. Установлены зависимости вместимости и ширины приемной траншеи рудного склада от глубины, радиусов черпания и разгрузки гидравлического экскаватора типа обратная лопата, занятого на усреднении.

2. Выявлена зависимость резерва производительности экскаваторов на добыче от коэффициента однородности качества руды.

Основные защищаемые положения:

1. В условиях глубоких карьеров для снижения затрат на добычу полезного ископаемого следует применять систему циклично-поточной технологии, с устройством усреднительно-перегрузочного склада при автомобильном и конвейерном транспорте.

2. Количество экскаваторов на добыче, обеспечивающее выполнение требований к усреднению содержания полезного компонента в руде, следует определять по графикам зависимости коэффициента резерва производительности экскаваторов от коэффициента однородности качества руды.

3. Для повышения эффективности работы усреднительно-перегрузочных складов следует применять в качестве выемочно-погрузочного оборудования гидравлические экскаваторы типа обратная лопата, способные работать в забое нижним черпанием.

Методы исследований.

Общей теоретической и методологической основой работы является комплексный подход, включающий анализ и обобщение исследований ученых в области проектирования усреднительных складов полезного ископаемого на карьерах, изучение производственных и проектных материалов, горногеометрические расчеты, графоаналитический метод.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением фундаментальных положений теории и практики открытых горных работ, применением современных научных методов, обобщением опыта эксплуатации карьеров, получением удовлетворительной сходимости результатов расчетов с практикой эксплуатации карьеров.

Практическая значимость работы.

1. Представлен метод определения числа экскаваторов для обеспечения необходимых параметров однородности полезного ископаемого.

2. Разработана технология формирования усреднительно-перегрузочных складов при циклично-поточном транспортировании полезного ископаемого.

3. Установлены основные параметры складов при использовании в качестве перегрузочного оборудования гидравлических экскаваторов типа обратная лопата.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на международной научной конференции «День горняка и металлурга» (Германия, Фрайбергская горная академия, 2010, 2011 гг.); международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Открытые горные работы в 21 веке» (Красноярск, 2011 г.); международной научно-практической конференции молодых учёных и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее» (Тула, 2011 г.); XII международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2011 г.); на студенческой научной конференции (Польша, Краковская горно-металлургическая Академия (КГМА), 2009 г.); на заседаниях кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых СПГГУ (Санкт-Петербург, 2010, 2011, 2012 гг.).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получено авторское свидетельство на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 172 страницы, 29 таблиц, 36 рисунков и список литературы из 115 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г.А. Холоднякову, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы; сотрудникам кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых за ценные советы и оказание помощи в сборе материалов.

1. ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСРЕДНЕНИЯ РУДЫ В

РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ

Успех решения проблемы качества продукции и роста технико-экономических показателей деятельности горно-обогатительных предприятий зависит, главным образом, от достижения стабильности химического и вещественного составов исходного материала - руды. Технологические показатели обогащения повышаются, если на обогатительную фабрику в течение длительного периода поступает однородная по составу руда, которая позволяет применять и строго выдерживать подобранный для нее оптимальный технологический режим. Кроме того, это приводит к увеличению производительности секций обогащения, увеличению выхода концентрата и извлечения полезного компонента в концентрат, снижению потерь в хвостах, уменьшению расхода реагентов, повышению качества концентрата (увеличению содержания полезного компонента в концентрате и повышению его однородности) и т. д [4, 44, 48, 60, 61,84, 95, 112].

Выполнение требований, предъявляемых рынком к однородности качественного состава руды, предполагает, в свою очередь, выполнение комплекса мероприятий по управлению качеством руды на всех этапах ее добычи и переработки. Многолетняя практика показывает, что основные затраты на достижение заданного уровня стабильности качества сырья приходятся на подготовительные операции (дробление, транспортировка, складирование), а основной технологический эффект и снижение материальных затрат образуетюся в процессе обогатительного и металлургического передела этого сырья. Установлено, что обогащение усредненных руд позволяет улучшить технологические и экономические показатели процесса, а в некоторых случаях обеспечивает получение концентратов стабильного качества.

Усреднение сравнительно бедных руд осуществляется главным образом исходя из требований обогатительного передела. Применительно к конкретным

условиям рудоподготовки отдельными исследованиями разрабатывались теоретические основы и методики усреднения качества руд [62, 81].

Реальным примером использования технологии усреднения руд применительно к циклично-поточной технологии является ряд карьеров. ЦПТ применяют на карьерах, разрабатывающих железорудные, меднорудные, золоторудные, алмазные, фосфатные, угольные месторождения, а также на многих карьерах нерудных полезных ископаемых в ряде стран Европы, Азии, Африки, Америки и Австралии [4, 5, 20, 57, 58, 59, 67, 68, 82, 90, 105].

В СССР до Второй Мировой войны обогащение руд было развито сравнительно слабо. Тогда основное количество добываемых железных руд составляли богатые магнетитовые руды, направляемые после дробления в плавку, поэтому проблемы их усреднения, если они возникали, разрешались применительно к требованиям металлургического передела.

Постепенное вовлечение в добычу бедных руд и развитие технологии их обогащения потребовали решения ряда вопросов, связанных с усреднением руд перед их обогащением.

Дальнейшее развитие отрасли окускования и окомкования потребовало разработки методики усреднения агломератов и окатышей.

В СССР вопросы селективной добычи железных руд впервые подробно изучались П.Э. Зурковым. В его работах были освещены вопросы эффективности раздельной добычи, ее планирования, технологии работы экскаваторов, обеспечивающей раздельную добычу руд разного качества. Для условий Магнитогорского карьера П.Э. Зурков разработал методику селективной добычи, руководствуясь которой Магнитогорский ГМК достиг, одним из первых в СССР, высокого качества товарной руды при минимальных потерях и разубо-живании.

В 1954 г. в ФРГ появились работы по усреднению угля (когда в связи с переводом промышленности на газовое топливо потребовалось повысить кон-

курентоспособность угля) [5]. Усреднение рядовых углей позволило резко повысить их качество.

Начальные элементы теории усреднения углей в бункерах и описание примеров усреднительных устройств бункерного типа в этот период были опубликованы Хирстом. В 1960 г., О. Зоммер для анализа усреднительных возможностей бункеров использовал статистические методы.

В работах Лемке, Гросскраумбаха и Келлервесселя рассматривались те же вопросы, что и в работе Хирста, усреднение дробленого угля в многокамерных бункерах. В этих работах содержалась попытка установления критерия для оценки эффективности усреднения. Опубликованная в то же время работа Гетте содержала детальный обзор состояния усреднения углей.

В 1962 г. Эдвард и Ларсен выполнили работу по основам усреднения руд. В 1964 г. вопросы усреднения руд были рассмотрены французскими учеными Шароном и Ландграфом. Наиболее детально вопросы усреднения железных руд были освещены в двух весьма содержательных работах Келли. Теоретическое обоснование этих работ подтверждалось работами Паске и Матраски, проводившими испытания усредннтельного бункера, предложенного Келли.

Келли, используя теорию автоматического регулирования, впервые указал на то обстоятельство, что для целей усреднения весьма важным является уменьшение периодов отдельных отклонений качества. Он доказал, что отклонения с периодом меньше 70 - 100 т не оказывают влияния на эффективность доменного процесса.

Польскими учеными Марией и Мареком Стефанскими в 1964 г. была разработана теория усреднительных устройств непрерывного действия, явившаяся значительным шагом в создании т