Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы формирования и управления качеством рудопотоков железорудных предприятий 9
1.1. Анализ технико-экономических показателей работы горно-обогатительных предприятий 9
1.2. Анализ существующих методов формирования и управления качеством рудопотоков железорудных предприятий 26
1.3. Формализация требований к управлению качеством рудопотоков. Цель и задачи работы 32
2. Обоснование. требований к формированию качества рудопотоков горно-обогатительного прещприятия 37
2.1. Оценка качественно-технологических особенностей рудного сырья добычных забоев 37
2.2. Обоснование требований к формированию качества рудопотоков обогатительных фабрик 44
2.3. Взаимосвязь параметров качества рудного сырья добычных забоев и показателей переработки 50
2.4. Выводы 54
CLASS 3. Обоснование условий формирования стабильного качества рудопотоков горно-обогатительного предприятия 56 CLASS 56
3.1. Обоснование критериев и установление уровней изменчивости качества руд при добыче и транспортировании полезного ископаемого
3.2. Модели планирования и управления качеством рудопотоков горно-обогатительного предприятия
3.3. Обоснование условий стабилизации качества рудопотоков в процессах переработки
3.4. Выводы 99
4. Формирование и управление качеством рудопотоиов горно-обогатительного предприятия с учетом вовлечения в эксплуатацию бедных и трудно-обогатимых руд 133
4.1. Обоснование экономической эффективности вовлечения в переработку бедных минералогических разновидностей руд ЮЗ
4.2. Оптимизация показателей извлечения рудного сырья в процессе производства добычных
работ
4.3. Совершенствование технологии формирования качества рудного сырья в приконтактных
зонах 4.4. Обоснование производственной программы горно-обогатительного предприятия при вовлечении в эксплуатацию бедных и труднообогатимых руд.. ^5
Заключение 147
Библиографический список 149
Приложения 162
- Анализ технико-экономических показателей работы горно-обогатительных предприятий
- Оценка качественно-технологических особенностей рудного сырья добычных забоев
- Обоснование критериев и установление уровней изменчивости качества руд при добыче и транспортировании полезного ископаемого
- Обоснование экономической эффективности вовлечения в переработку бедных минералогических разновидностей руд
Введение к работе
Рациональное использование природных ресурсов - одна из важнейших общегосударственных задач. Коммунистическая партия и Советское государство уделяют большое внимание разработке мероприятий, направленных на улучшение использования природных ресурсов, что нашло отражение в Постановлениях Советского правительства и материалах ХХУІ съезда КПСС, где указано: "Главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы".
Ограниченность и невоспроизводимость запасов высококачественного минерального сырья вызывает необходимость вовлечения в переработку руд, характеризующихся более низкими качественно-технологическими характеристиками, изыскание путей повышения качества производимой продукции и обеспечения эффективного использования природных, трудовых и материальных ресурсов.
Улучшение качества рудного сырья перед обогатительным и последующим переделами требует разработки методов оценки технологических свойств руд в недрах и принципов управления качеством на различных стадиях добычи и переработки.
Эффективность железорудного производства во многом определяется степенью извлечения сырья из недр при добыче, а также извлечением в обогатительном переделе. Показатели переработки рудного сырья существенно зависят от качественного состава шихты, формируемой в процессах добычи и соответствующих ему технологических режимов настройки обогатительных секций. При значи-
тельной изменчивости качества рудной шихты технологические процессы обогатительных секций невозможно настроить на оптимальный режим. Вследствие этого при обогащении возникают дополнительные потери.
В этой связи рациональное формирование рудопотоков в добычных забоях с учетом качественно-технологических особенностей руд, их народнохозяйственной оценки и усреднение руд в технологических процессах горно-обогатительных комбинатов является актуальным направлением повышения эффективности их работы.
Разработка методов повышения эффективности освоения месторождений твердых полезных ископаемых и охраны недр проводится в соответствии с выполняемой ДГИ тематикой разделов 01 и 02 по Постановлению ГКНТ СССР № 173 от 10.06.1981 г. "Создание научных основ и методов повышения эффективности комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых и охраны недр". Анализ эффективности процессов формирования стабильного качества рудопотоков - в соответствии с темой 05.03 "Д" по Постановлению ГКНГ СССР № 642 от 28.12.78 г. "Усовершенствовать существующие и разработать новые методические положения по повышению эффективности использования минеральных ресурсов путем обеспечения однородности качественного состава добываемого сырья,направляемого в переработку".
Для решения поставленных задач использовались методы научных исследований: графо-аналитический, теория вероятности, регрессионный и корреляционный анализы, имитационное моделирование, математическое программирование, технико-экономический анализ.
Основным объектом исследований является организация формирования и управления качеством рудопотоков в подразделениях предприятия на стадиях добычи, транспортирования, перегрузок и переработки рудного сырья с учетом народнохозяйственной эффективности вовлечения в эксплуатацию бедных и труднообогатимых руд.
Основная идея работы заключается в организации формирования и управления качеством рудопотоков в процессах добычи и переработки во взаимосвязи с качественно-технологическими особенностями рудного сырья и экономическим обоснованием его рационального использования.
Основные научные положения, защищаемые в диссертации, и их новизна:
Формирование и управление качеством рудопотоков осуществляется на основе взаимосвязей между качественно-количественными показателями рудного сырья, выявленных по результатам экспериментально-статистических исследований в условиях Полтавского ГОКа, базирующихся на учете влияния степени раскрытия и режимов переработки железистых кварцитов и обеспечении эффективного использования ресурсов.
Оценка и управление уровнями колеблемости качества рудопотоков осуществляется на основе разработанной математической модели формирования стабильного качества рудного сырья в технологических процессах горно-обогатительного предприятия, отличающейся учетом сформулированного в работе критерия межперегрузочной дисперсии как основного фактора, характеризующего колеблемость качества рудопотоков.
Управление качеством рудного сырья при формировании производственной программы горно-обогатительного предприятия осуществляется на основе народнохозяйственной эффективности использования недр и обоснования пределов вовлечения в эксплуатацию бедных и труднообогатимых железистых кварцитов.
Практическая ценность полученных результатов заключается:
в установлении закономерностей изменений показателей качества рудопотоков;
в оценке эффективности схем организации формирования
стабильного качества рудопотоков при использовании карьерных усреднительных складов и обосновании режимов стабилизации качества рудного сырья в технологической схеме дробильно-обогати-тельных фабрик Полтавского ГОКа;
в возможности осуществления народнохозяйственной и хозрасчетной оценок эффективности добычи и переработки железорудного сырья на горно-обогатительных предприятиях МЧМ УССР;
в обосновании управляющих воздействий на формирование качества рудного сырья при отработке приконтактных зон рудного тела;
в обосновании пределов и экономической целесообразности добычи и переработки железистых кварцитов в условиях ухудшения сырьевой базы с учетом замыкающих затрат на получение конечной продукции в металлургическом переделе.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, сформулированных в работе, базируется на использовании современных методов статистических исследований; подтверждается соответствием полученных результатов основным положениям теории управления качеством рудного сырья и экспериментально-статистическими исследованиями в реальных условиях работы железорудных предприятий; экономическим анализом и оценкой формирования качественно-технологических показателей рудного сырья в процессах добычи и переработки и их сходимостью с технико-экономическими показателями работы горно-обогатительных предприятий; математическим моделированием на ЭВМ процессов стабилизации качества рудопотоков и их сходимостью с результатами проверки в реальных условиях производства; результатами использования и внедрения методических разработок в институте Южгипроруда, на Полтавском ГОКе и Балаклавском РУ.
По результатам диссертации разработаны и в условиях Пол-
тавского ГОКа используются "Методические положения по обоснованию, расчету и управлению показателями извлечения полезных ископаемых в процессе производства добычных работ" с экономической эффективностью 50 тыс.руб. в год. На Балаклавском РУ внедрены методические разработки "Обоснование нормативных потерь полезного ископаемого при производстве горных работ в условиях За-падно-Кадыковского месторождения металлургических известняков Балаклавского рудоуправления" с экономическим эффектом 38,4 тыс. руб. в год. Институтом Южгипроруда использованы методические разработки по увеличению объемов вовлечения в переработку бедных руд для условий Полтавского ГОКа с долевым экономическим эффектом автора 104,4 тыс.руб.
Экспериментальная часть работы выполнена в условиях карьера, дробильно-обогатительных фабрик и рудо-испытательной станции Полтавского ГОКа.
Анализ технико-экономических показателей работы горно-обогатительных предприятий
Добыча железной руды и выплавка чугуна и стали в СССР неуклонно повышаются. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г., утвержденные ХХУІ съездом КПСС, предусматривают повышение выплавки чугуна в текущей пятилетке на 10 % и обеспечение опережающего развития сырьевой базы черной металлургии.
При ограниченности запасов богатых руд в эксплуатацию,как правило, вовлекаются месторождения и участки со все более низкими природными качественными показателями руд, что ухудшает показатели качества добываемого рудного сырья, продукции и технико-экономических показателей переработки.
За период с 1975 по 1983 гг. добыча богатых железных руд подземным способом на рудниках Кривбасса снизилась более чем на 17 % с одновременным снижением качества руды на 0,8 %.
За этот же период снижение качества добываемых руд на ГОКах Кривбасса достигло до 1,4/6. Уравнения динамики качества сИ0Б1«(Т) добываемого рудного сырья ГОКами МЧМ УССР представлены в табл.1.1. Ухудшение качества сырьевой базы обусловливает снижение показателей обогащения. При этом наиболее тесная связь проявляется между показателями содержания металла в исходной руде о\0б«, и выходом концентрата у (табл.1.1). Снижение выхода концентрата соответствует увеличению расхода руды на производство І т концентрата. Это обусловливает рост себестоимости концентрата.
За период с 1975 по 1983 гг. на ГОКах МЧМ УССР себестоимость концентрата повысилась на 2 2,8 руб./т, часть этой себестоимости вследствие ухудшения качества рудного сырья составляет 0,6 1,4 руб./т. Приращение себестоимости концентрата и часть приращения А С к С0 обусловленная ухудшением качества рудного сырья, описываются уравнениями, представленными в табл. I.I.
Ухудшение сырьевой базы обусловливает необходимость обосновывать для каждого ГОКа оптимальный уровень качества добываемого рудного сырья и конечной продукции с учетом технико-экономических показателей по всей цепи добычных и перерабатывающих подразделений.
Решение данной проблемы для условий Полтавского ГОКа имеет большое значение, так как вследствие необходимости роста производственной мощности ГОКа в последние годы в переработку в значительных объемах вовлечены труднообогатимые кварциты подсвиты К 2 Это оказало заметное влияние на качество добываемого рудного сырья, технологию обогащения и экономические показатели работы ГОКа.
По данным производственной деятельности на ЭВМ проанализированы взаимосвязи технико-экономических показателей работы Полтавского ГОКа.
Динамика объема реализации товарной продукции Qp Полтавского ГОКа (в сопоставимых ценах) описывается уравнением Qp= 295»М- 1550,76Т + 3139,3&Т"2- 1811,26т"3, R-ОДО, Jrt=79,5. (I.I) где Т - номер года.
После ввода в эксплуатацию первой очереди Полтавского ГОКа в течение 1972-1975 гг. не наблюдалось существенного изменения объемов реализации товарной продукции (рис.1.1). В течение 1976-1981 гг. объем реализации увеличился на 130 %. Это обусловлено расширением сырьевой базы ГОКа, вводом производственных мощностей по добыче руды и ее переработке на дробильно-обогатительных и окомковательных фабриках. Для последующего периода характерно снижение темпов роста объемов реализации.
Значительная доля роста объемов реализации определялась вводом в эксплуатацию фабрик окомкования. В 1983 г. доля окатышей в общем объеме реализации товарной продукции Полтавского ГОКа составила 86 %. Динамика производства окатышей QQ описывается уравнением Q0K= 13,13- 26,09Г1+ tt,3&7"\ R = 0,973, jvt = ,4. (1.2) В 1983 г. для производства окатышей израсходовано 74,5 % производимого объема концентрата. В дальнейшем объемы производства окатышей должны стабилизироваться (рис.1.2). Такая же тенденция характерна для производимого объема товарного концентрата (рис.1.2). Динамика объемов производства концентрата представлена уравнением QK=19,79-76,36r1+ т, 26Г2- 89,38Г5, R=0,96, j =U,6. (1.3)
В течение 1976-1983 гг. прирост производимого объема концентрата составил 64 %. Объем производства концентрата определяется требованиями к его качеству и подаваемым в передел составом рудной шихты.
Оценка качественно-технологических особенностей рудного сырья добычных забоев
Горно-технические условия разработки и характер залегания выделенных минералогических разновидностей и технологических сортов определяют изменчивость качества формируемых рудопотоков.Продуктивная толща разрабатываемого Полтавским ГОКом месторождения представлена двумя железистыми подсвитами Кг и К2 , образующими крупную синклиналь. Каждая из подсвит по преобладающим в них минералогическим типам разделена на пачки. Породы, имеющие в пачках подчиненное значение, как правило, неоднородны по своему составу и залегают в виде отдельных пластов, пропластков, линз. Минералогический состав и условия залегания этих пород оказывают существенное влияние на изменчивость качества руды в пачках.
На рис.3.1 показано изменение качественно-технологических показателей вдоль горизонтальной скважины, пробуренной вкрест простирания пластов.
Объем руды в обуриваемых для производства взрывных работ блоках может включать минералогические разновидности руд из различных пачек. В соответствии с расположением блока относительно структурных элементов изменчивости по длине забоя будет наблюдаться изменчивость качества руд, представленная функцией закономерной составляющей (тренд) и случайной составляющей. При взрыве блока происходит частичное перемешивание руды. Однако при отработке забоя изменчивость качества руд в массиве в основном и будет определять изменчивость качества рудопотока.
Особенностью производства горных работ в условиях Полтавского ГОКа является разделение рудопотоков в карьере таким образом, что бедные руды подсвиты Ко. отрабатываются непосредственно на железнодорожный транспорт, а руды подсвиты Kg - комбинированным автомобильно-железнодорожным транспортом с применением промежуточных складов, рассредоточенных на борту карьера. Думпкары с различными технологическими сортами руд, поступающие из забоев и складов, разгружаются в приемные бункера дробильно-обогатитель-ных фабрик в определенной пропорции, устанавливаемой с учетом планируемого качества рудной шихты (рис.3.2).
Измэнчивость качества руды, поступающей в приемные бункера дробильно-обогатительных фабрик, определяется условиями формирования рудопотоков при производстве добычных и горно-транспортных работ.
Образующиеся после взрыва куски руды имеют определенный гранулометрический состав и включают вкрапления минералов с полезным компонентом и пустыми породами. Каждый кусок руды характеризуется объемом V и качественным показателем
На перегрузочных пунктах в зонах разгрузки автотранспорта формируются штабели, в которых руда смешивается. Усреднительные свойства штабеля определяются его геометрическими размерами,установленным порядком зачистки зон разгрузки автотранспорта, гранулометрическим составом руды и технологией разгрузки штабеля. В зависимости от усреднительных свойств штабеля здесь изменяется последовательность поступления кусков руды в выходном потоке, которую в общем виде можно представить рядом р = j + а Показатель а может принимать случайные значения с законом распределения, определяемым усреднительными свойствами штабеля.Аналогично предыдущим стадиям рудопоток можно охарактеризовать полной дисперсией ф1 ккя » межкусковой Л) 2 KK5D , межпорционной (междумпкарной или другими S порциями) іОЗккЯ и дисперсией между рудопотоками из перегрузочных пунктов и забоев, отрабатываемых непосредственно на железнодорожный транспорт ДН«к 0 і а также дисперсией между рудопотоками К и К Я)5ккЯ.
Дисперсии на отдельных стадиях формирования рудопотоков определяются как исходной изменчивостью качественных показателей, так и принятым технологическим порядком формирования рудопотока, выражающимся в преобразовании последовательности поступления J-ых кусков руды р = j + а Показатель а описывается некоторым законом распределения, определяемым характером технологического процесса.
Приведенные соотношения дисперсий на разных стадиях формирования рудопотоков позволяют определить их влияние на показатели изменчивости объединенного рудопотока, перерабатываемого дро-бильно-обогатительными фабриками.
По данным опробования ОТК и геологической службы Полтавского ГОКа произведена оценка колеблемости качества формируемых рудопотоков.
Обоснование критериев и установление уровней изменчивости качества руд при добыче и транспортировании полезного ископаемого
Так как в приемных бункерах дробильных фабрик смешиваются два самостоятельных рудопотока, рационально рассмотреть условия их формирования в карьере. Применение комбинированного автомобильно-железнодорожного транспорта позволяет управлять процессом формирования рудной шихты на перегрузочных складах.
Поскольку при исследованиях выявлена взаимосвязь между показателями переработки шихты с межперегрузочной колеблемостью долевых участий легкообогатимых руд и содержаний железа, связанного с магнетитом / 30 /, эти критерии следует учитывать при планировании горных работ.
Практикой горного производства установлено, что при планировании добычи важно поддерживать определенное соотношение технологических типов руд. По текстурно-структурным особенностям принадлежность извлекаемого из недр объема руды к определенному технологическому типу в карьере геологами может быть установлена и визуально. При планировании и учете добычи это дает определенное преимущество.
При объединении рудопотоков с определенным соотношением технологических типов руд будет проявляться некоторая остаточная изменчивость качественных показателей. Бе причина - природная изменчивость внутри каждого типа. Влияние остаточной изменчивости на показатели обогащения можно уменьшить при использовании специальных средств и способов стабилизации качества рудопотоков. Для условий карьера Полтавского ГОКа - это использование стабилизирующих свойств перегрузочных складов, для дробильно-обогати-тельных фабрик - рациональные режимы формирования стабильного качества рудопотоков при их разделении по трактам с последующим объединением.
На большинстве железорудных карьеров служба ОТК осуществляет контроль содержания металла в штабелях перегрузочных складов. Достоверность получаемой информации зависит как от представительности отбираемых проб, так и от возможных погрешностей при производстве анализов. Оперативность получаемой информации определяется способом производства анализов. При использовании магнитометрических приборов информация о содержании железа в шихте получается значительно более оперативно, чем при химанализах в лабораторных условиях. Однако погрешность при этом также больше / 73 /.
Непосредственный контроль долевых участий легкообогатимых руд на перегрузочных складах затруднен. В лаборатории можно производить рудоразборку отобранных проб. Однако это также требует определенных затрат времени. Информацию о долевом участии легкообогатимых руд на перегрузочных пунктах можно получать посредством учета объемов и долевых участий контролируемых разновидностей в рудопотоках из забоев, а также при разгрузке сформированных штабелей.
В случаях невозможности поддержания нормативных запасов руд на перегрузочных складах и непрерывности процесса формирования и разгрузки секций рационально разбить их на отдельные зоны с объемами, кратными периодам планирования и фронтом работ,достаточным для разгрузки автосамосвалов. Последовательная отработка сформированных зон секций складов упрощает учет долевых участий выделенных разновидностей руд. При формировании зон, кратных нескольким периодам планирования, появляется возможность оперативно вносить коррективы в технологический процесс при его нарушениях. Расчетные формулы для вычисления поправок и планируемых объемов руд по технологическим сортам можно представить в следующем виде
На основании уравнений модели обогатительных фабрик для каждого режима объединения рудопотоков возможно обоснование параметров процессов обогащения при условии достижения плановых показателей по качеству продукции. Исходя из наличия в карьере запасов взорванной руды по технологическим сортам, а также различной степени подготовленности блоков к взрыву и необходимого для этого времени требуется установить порядок отработки забоев для определенного периода планирования. При этом формируются режимы объединения рудопотоков в увязке с плановыми показателями по объему продукции и пропускными способностями дробильных и обогатительных фабрик. Для оптимизации месячного плана производства горных работ в качестве целевой функции предлагаемой модели принято достижение минимальной межперегрузочной дисперсии, как одного из основных показателей изменчивости рудопотоков, формируемых в карьере.
Обоснование экономической эффективности вовлечения в переработку бедных минералогических разновидностей руд
Более полное использование запасов минерального сырья за счет снижения потерь в приконтактных зонах можно достичь при переработке на дробильном комплексе горной массы, включающей объемы обычно теряемой руды во вскрышной заходке, непосредственно граничащей с добычными блоками. После выемки добычной заходки по установленной границе в приконтактной зоне геологами должна быть установлена граница дополнительной заходки поверху (рис.4.5). Выбор расположения этой границы осуществляется из условия включения в заходку основания треугольника потерь.
Горную массу из дополнительной заходки необходимо транспортировать на склад или подавать непосредственно в дробилку, производящую щебень для внутренних нужд горно-обогатительного предприятия. После грохочения надрешетный продукт требуется обогатить на установке сухой магнитной сепарации и получаемый промпродукт объединить с рудопотоками, поступающими из карьера на обогатительную фабрику. На Полтавском ГОКе установка сухой магнитной сепарации ранее испытывалась для предварительной переработки бедных руд Кг .
В настоящее время для планировки дорог в карьере Полтавского ГОКа используется щебень, получаемый из бедных руд К2 на дробильном комплексе, расположенном у восточного борта карьера. Хвосты сухой магнитной сепарации рационально использовать для отсылки дорог на вскрышных участках, а содержащий часть теряемых руд подрешетный продукт грохочения - для отсыпки дорог на добычных участках. Тогда, в конечном итоге, и эти руды войдут в добычу после отработки участков, по которым произведена отсыпка дорог.В табл.4.10 приведены годовые отчетные данные по потерям и разубоживанию на Полтавском ГОКе. Используя эти данные для каждого горизонта рассчитаны объемы горной массы в заходках, приуроченных к треугольникам потерь в приконтактных зонах (табл.4.II).
В результате проведенных опробований установки сухой магнитной сепарации при дробильном комплексе в карьере Полтавского ГОКа установлено, что выход надрешетного продукта дробления и грохочения при разгрузочной щели дробилок 35 мм и отверстии сит грохота 37-43 мм составляет У надр. = 56 %, а содержание Ремагн. в хвостах сухой магнитной сепарации надрешетного продукта 1Г s 2,4 . Эти условия аналогичны работе сухой магнитной сепарации на дробильных фабриках.
Исходя из приведенных условий рассчитываются объемы надре-шетных и подрешетных продуктов дробления и грохочения, а также выход и содержание РЄмаГН. в промпродукте и хвостах сухой магнитной сепарации для приведенных в табл.4.10 и 4.II объемов и качественных показателей горной массы заходок, приуроченных к треугольникам потерь в приконтактных зонах.
Ремагн. 23»6 % часть,составляющая 201,5 тыс.т, в смеси с 638,1 тыс.т некондиционных руд пойдет в подрешетный продукт. Если его использовать для отсыпки до-рог на добычных участках вместо щебня из некондиционных руд К« » то в конечном итоге часть этих руд будет вовлечена в обогатительный передел. Надрешетный продукт будет содержать 256,3 тыс.т кондиционных руд Кг и Кг и 812,2 тыс.т некондиционных руд. После обогащения на установке сухой магнитной сепарации будет получено 220,3 тыс.т промпродукта с содержанием Рбмагн. 28 »63 %.
Используя статистическую взаимосвязь между качеством исходной руды и выходом концентрата при его качестве,близком к плановому (табл.2.3), определен объем концентрата, получаемого из промпродукта сухой магнитной сепарации в количестве 91,6 тыс.т. При отработке впоследствии добычных участков с дорогами, отсыпанными подрешетным продуктом, содержащим 201,5 тыс.т кондиционных руд из приконтактных зон, в обогатительном переделе будет получено 73,6 тыс.т концентрата.
Объем окатышей из промпродукта сухой магнитной сепарации составляет 81.I тыс.т. Общий объем окатышей, включающий и металл из подрешетного продукта - 149,2 тыс.т. На получение этого объема продукции из обычно теряемой части руд необходимы дополнительные капитальные затраты на приобретение сепаратора, а также расходы на его эксплуатацию и на транспортирование промпродукта до перегрузочного пункта на ж.д.транспорт. Однако себестоимость добычных работ следует учитывать без погашения горно-подготовительных работ, так как при этом не требуется дополнительной вскрыши.
Экономический эффект выражается в прибыли ГОКа вследствие реализации дополнительного количества продукции
