Содержание к диссертации
Введение
I. Изученность вопроса и постановка задач исследований 16
1.1. Характеристика месторождений полезных ископаемых, условий добычи и переработки 16
1.2. Оценка влияния степени разведанности месторождения на эффективность проектирования и эксплуатации 21
1.3. Исследование опыта совершенствования технологии горных работ и переработки руд в процессе эксплуатации месторождения 26
1.4. Общая характеристика направлений совершенствования технологии добычи и формирования качества руд 38
1.5. Цель и задачи исследований 54
II. Анализ факторов изменчивости руд и условий разработки 56
2.1. Анализ факторов изменчивости руд .56
2.2. Анализ факторов изменчивости условий разработки 57
2.3. Анализ влияния изменчивости горно-технических условий на нагорном карьере в зоне влияния подземных работ на процесс добычи и формирования качества руд 59
2.4. Технологическая классификация изменчивости руд и условий комбинированной
разработки нагорных месторождений 62
Выводы 64
III. Пошаговая оптимизация направления развития горных работ на нагорном карьере в условиях комбинированной разработки 65
3.1. Исследование проблем вскрытия и планирования развития горных работ на нагорных карьерах в условиях комбинированной разработки 65
3.2. Обоснование технологии пошаговой корректировки направления развития горных работ на нагорном карьере в условиях комбинированной разработки 69
3.2.1. Обоснование критерия пошаговой оптимизации направления развития горных рабо г 69
3.2.2. Обоснование технологии горных работ 75
3.4. Технико-экономическая эффективность пошаговой оптимизации направления развития горных работ 84
Выводы 85
IV. Пошаговая адаптация технологии буровзрывных работ к меняющимся характеристикам массивов пород и руд и условиям разработки 88
4.1. Анализ исследований и опыта совершенствовании буровзрывных работ 88
4.2. Анализ особенностей ведения БВР на нагорных карьерах отрабатывающих, руды цветных металлов в условиях комбинированной разработки 91
4.3. Исследование факторов формирования рудного потока по крупности 99
4.3.1. Вводные замечания 99
4.3.2. Методика производственных экспериментов 104
4.3.3. Исследование влияния основных факторов комбинированной разработки на дестабилизацию механического измельчения рудной массы 113
4.3.4. Анализ изменения качества руд на стадии перепуска по глубоким карьерным рудоспускам 124
4.3.5. Анализ изменения качества руд на стадии горных работ 130
4.3.6. Исследование факторов формирования потока по крупности при взрывной отбойке. 140
4.4 Пошаговая адаптация технологии БВР к меняющимся условиям 148
4.4.1. Обоснование критерия оптимизации параметров БВР 148
4.4.2. Пошаговая корректировка районирования карьерного поля по категориям взрываемое 155
4.4.3. Внутриблоковая дифференциация параметров БВР 157
4.4.4. Система автоматизированного проектирования массовых взрывов на карьере 160
4.5. Технико-экономическая эффективность пошаговой адаптации БВР к меняющимся характеристикам массивов пород и руд и условиям разработки 169
Выводы 171
V. Пошаговое совершенствование технологии формирования качества руд на нагорном карьере в условиях комбинированной разработки 174
5.1. Анализ исследований но формированию качества руд в условиях горных работ 174
5.2. Анализ возможностей формирования качества руд на нагорных карьерах в условиях комбинированной разработки месторождений 178
5.3. Анализ факторов формировании качества руд но вещественному составу 184
5.4. Исследование технологических свойств руд и обоснование методов рудосортировки шеелит и молибденсодержащих и руд 189
5.4.1. Исследование эффективности кусковой сортировки шеелитсодержащих руд 189
5.4.2. Пошаговая оптимизация режимов и параметров рудосортировки на стадии горных работ 199
5.4.3. Исследование эффективности стабилизации качества потока шеелитсодержащих руд
в процессе кусковой рентгенолюминесцентной сепарации 205
5.4.4 Анализ результатов исследования формирования качества молибденовых руд 213
5.5. Основные принципы и технологии формировании рациональных рудонотоков, стабилизации качества руд на стадии горных работ 218
5.6. Произволевенная апробации технологии формирования и стабилизации качества руд на стаднії горных работ 232
5.7. Исследование эффективности формирования качества руд новюрной добычи 239
Выводы 267
VI. Технико-экономическая эффективность пошаговой адаптации комбинированной разработки нагорного месторождения к меняющимся горно-технологическим условиям 271
6.1. Произволевенная апробации предложенных решении 271
6.2. Эффективность пошаговой адаптации комбинированной разработки паї орної о месторождения к меняющимся горно-технологическим условиям 275
Заключение 278
Список использованной лшературы и публикаций автора 281
Приложение №1 300
- Исследование опыта совершенствования технологии горных работ и переработки руд в процессе эксплуатации месторождения
- Анализ влияния изменчивости горно-технических условий на нагорном карьере в зоне влияния подземных работ на процесс добычи и формирования качества руд
- Анализ изменения качества руд на стадии перепуска по глубоким карьерным рудоспускам
- Анализ возможностей формирования качества руд на нагорных карьерах в условиях комбинированной разработки месторождений
Введение к работе
Вопросы повышения эффективности разработки месторождений полезных ископаемых в разные годы решали многие известные ученые. Приведенный анализ показывает наличие фундаментальных исследований по всем направлениям совершенствования процессов горных работ, формирования качества и переработки руд в трудах: академиков М.И. Агошкова, Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, В.А. Чантурия, член-кор. РАН Д.Р. Каплунова, В.Н. Опарина, А. А. Пешкова, чл.-кор. HAH КР Г.В. Секисова, докторов наук А.И. Арсентьева, Ю.П. Астафьева, Е.Г. Баранова, П.П. Бастана, В.В. Бокия, Ю.А. Боровкова, О.С. Брюховецкого, Ж.В. Бунина, С.Д. Викторова, Ф.Г. Грачева, П.Э. Зуркова, В.Н. Игнатова, Н.Н. Казакова, Ю.Г. Карасева, B.C. Коваленко, Н.А. Козырева, В.И. Комащенко, О.В. Кононова, О.Б. Кортелева, Е.А. Котенко, В.В. Куликова, Н.Н. Кузнецова, В.Х. Кумыкова, Б.Н. Кутузова, Г.Г. Ломоносова, В.Н. Мосинеца, В.И. Папичева, Ю.И. Разоренова, А.Г.Секисова, B.C. Хохрякова, Е.П. Тимофеенко, В.Н. Щелканова, В.А. Шеста-кова, Н.Н.Чаплыгина, Б.П. Юматова, кандидатов наук Б.Х. Блаева, В.И. Енютина, В.В. Новикова, Н.Н. Петрова, Ю.В. Плеханова и др. С другой стороны, недостаточная разведанность месторождений, структурная и геолого-технологическая изменчивость отрабатываемых рудных залежей, проблемы комбинированной разработки, недостаток достоверной, своевременной информации мешает повсеместно на практике в чистом виде применять классические решения. На фоне наметившейся тенденции ухудшения горногеологических и горно-технологических условий разработки месторождений явно недостаточно исследований, посвященных повышению эффективности разработки сложно-структурных месторождений с недостаточной степенью разведанности. Следует отметить известные научные работы в этом направлении Г.В. Секисова, П.П. Бастана, В. А. Шестакова, В.Х. Кумыкова и др. Месторождения цветных металлов отличаются сложностью и изменчивостью, причем разведанность значительной части месторождений не соответствует их
изменчивости по содержаниям полезных компонентов и уровню извлечения ценных компонентов в концентрат. Значительная часть предприятий сталкивается с проблемой неподтверждения запасов. Наряду, с неподтверждением запасов имеют место значительные объемы попутной добычи: Дополнительные сложности вызывает изменчивость комбинированной разработки, связанная со . стесненными условиями нагорного карьера и постоянно меняющимся; влиянием подземных горных работ.
ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы; Месторождения цветных металлов, отличаются?
сложностью и изменчивостью, причем разведанность многих месторождений не соответствует их изменчивости, по содержаниям: полезных компонентов; технологии обогащения,И;уровню извлечения ценных компонентов в концентрат. Многие месторождения разведуются? до категорий G1 и Є2, поэтому на практике значительная часть предприятий? сталкивается с проблемой неподтверждения запасов. 'Низкая достоверность данных геолого-разведочных работ приводит к, тому, что. на; эксплуатационном: блоке до 50% запасов не подтверждается, в то же время в отработку вовлекаются руды попутной добычи, объем; которых может составлять доЗО-50% от объемов балансовых руд. В условиях, когда'фактическая. зона локализации технологических типовя руд не совпадает с. данными теологической разведки, возникают сложности с формированием качестварудных потоков на стадии;горных работ и. с обогащением руд на обогатительной фабрике.
Все это существенно снижает эффективность процессов горных работ и переработки; руд. По этой причине теряется до 20% руд при добыче и? до; 30% полезных компонентов при обогащении.
Дополнительные сложности вызывает изменчивость комбинированной разработки, связанная со стесненными условиями нагорного карьера и постоянно меняющимся влиянием подземных горных работ. В условиях совместной разработки месторождений, первичное строение залежей нарушается подземными
горными: работами, сдвижением и обрушением пород. Район: повторной добычи
: 6
представляет собой зону вторичной локализации новых технологических типов руд, представленных механической смесью (в разных соотношениях) потерянных руд подземного рудника и вмещающих, обрушенных пород.
Вопросы формирования рудного потока, стабилизированного по содержаниям полезных компонентов и вредных примесей, хорошо изучены. Широко известны фундаментальные решения. Однако следует отметить, что традиционная реализация систем формирования и стабилизации качества рудного потока основанная на селективной выемке, временной консервации забоев невостребованных технологических типов руд, организации внутрикарьерных усреднительных складов, требует значительных площадей внутри карьера. Решения эффективные для равнинных карьеров не могут быть реализованы в стесненных условиях комбинированной разработки, нагорных месторождений. Нужен новый . подход на основе гибких оперативно-перестраивающихся технологий добычи и формирования качества руд на стадии горных работ.
Поэтому создание научно-методических основ разработки технологий горных работ, оперативно перестраивающихся в соответствии с изменением горно-геологических и горно-технологических условий, является весьма актуальной задачей.
Цель работы. Научное обоснование методических основ выбора и совершенствования технологических решений и принципов оптимизации технологии комбинированной разработки, технологии формирования качества руд (для меняющихся горно-геологических и горно-технологических условий), направленных на повышение технико-экономической эффективности разработки нагорных, рудных месторождений.
Идея диссертации состоит в пошаговой адаптации комбинированной разработки нагорных месторождений цветных металлов с повышенной технологической изменчивостью и недостаточной разведанностью к меняющимся горно-геологическим и горно-технологическим условиям, когда каждый шаг адаптации отдельных процессов горных работ, формирования качества руд
обеспечивается достоверной информацией текущего производства.
Задачи исследований
1. Анализ изученности проблем разведки, проектирования, эксплуатации
месторождений цветных металлов.
2. Исследовать влияние изменчивости горно-технических, горно-
геологических условий на нагорном карьере в зоне влияния подземных работ на
процесс добычи и формирования качества руд.
3. Обосновать технологию пошаговой корректировки направления развития
горных работ на нагорном карьере в условиях комбинированной разработки.
4. Обосновать критерий пошаговой оптимизации направления развития
горных работ.
5. Обосновать методику пошаговой корректировки районирования
карьерного поля по категориям взрываемости.
Обосновать методы пошаговой оптимизации технологии сортировки и стабилизации качества руд на стадии горных работ.
Обосновать методы направленного формирования техногенных зон в отработанном пространстве подземного рудника и их повторной разработки карьером, пошаговой оптимизации технологии сортировки и стабилизации качества потоков минерального сырья на стадии горных работ.
8. Разработать показатели технико-экономической оценки пошаговой
адаптации комбинированной разработки нагорного месторождения к
меняющимся горно-технологическим условиям.
Основные положения, защищаемые автором 1. Оперативную корректировку направления продвижения забоев в стесненных условиях нагорного карьера для обеспечения ритмичности добычи следует производить с помощью комплексного критерия - граничного значения показателя, учитывающего приведенную к содержанию полезного компонента мощность залежи, количество вскрышных уступов, соотношение протяженности фронтов вскрышных и добычных работ, погашение вскрыши на данном участке залежи от продвижения горных работ в соседних зонах и трудоемкость производства горных работ.
2. Внутриблоковая дифференциация параметров БВР и пошаговая
корректировка районирования пород по категориям взрываемости в массивах с
резкоменяющимися структурными свойствами выполняется на основе
установленных зависимостей блочности массивов и вместимости взрывных
скважин от характеристики бурового шлама.
В стесненных условиях нагорного карьера резкие колебания качества исходного сырья необходимо устранять путем выравнивания качества разнородных потоков рудной массы пошаговой корректировкой технологии, режимов и параметров рудосортировки на стадии открытых и подземных горных работ с последующим усреднением на основе установленных закономерностей изменчивости разделительного признака, распределения полезного компонента в сепарационных классах крупности, распределения полезных и породных кусков в потоке.
Пошаговую корректировку технологии формирования потоков некондиционных молибденовых руд, направляемых на внутрикарьерную рудосортировку, необходимо производить с использованием установленного критерия -граничной блочности массивов, учитывающего граничный коэффициент окисления молибденита. Причем пошаговую корректировку границ отвального продукта внутрикарьерной гравитационной сортировки некондиционных молибденовых руд в зависимости от изменения технологических свойств рудных массивов следует осуществлять с использованием разработанного критерия, учитывающего контрастность руд, среднестатистические мощность прожилков и размер породных сростков.
5. Научно обоснованные технологии повторной добычи руды из техногенных
участков рудных тел, включающие направленное формирование в выработанном
пространстве подземного рудника технологических типов рудной массы путем
смешивания потерянных руд и закладочного материала, имеющего не менее чем в
1,5 меньшую удельную прочность на одноосное сжатие, повторную добычу на
лежачих боках отработанной залежи и из техногенных участков.
Технологии отличаются способами формирования нового
технологического сорта, повторной добычи и рудосортировки.
Новизна положений защищаемых автором, подтверждается восемью авторскими свидетельствами. Методы исследования
В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ и научное обобщение теории и практики комбинированной разработки месторождений, методы теории проектирования, аналитические, графические методы расчетов, методы горно-геометрического анализа с привлечением математического аппарата и современных возможностей ПЭВМ, современных СУБД и языков программирования высокого уровня, промышленный эксперимент, технико-экономический анализ производственных процессов, а также методы математической статистики при обработке получаемых результатов.
Научная новизна работы
1. Предложен и научно обоснован новый комплексный критерий и
метод оптимизации текущего направления развития открытых горных работ. Текущее направление развития горных работ выбирается по граничному значению вскрыши, приходящейся на единицу металла. Критерий отличается тем, что объемы вскрыши приводятся к сопоставимому виду через коэффициент, учитывающий продвижение горных работ в соседних зонах, и коэффициент, учитывающий трудоемкость вскрышных работ в стесненных условиях нагорного карьера, который определяется на основании установленной зависимости от концентрации БВР.
2. Выявлены закономерности изменения вместимости взрывных скважин в
породах с резко меняющимися структурными свойствами массивов, установлены
зависимости блочности массивов и вместимости взрывных скважин от
характеристики бурового шлама, позволяющие оперативно уточнять параметры
БВР и районирование пород по категориям взрываемости на этапе подготовки
блоков под взрыв.
3. Разработана классификация структуры исходного для сепарации сырья
по характеру люминесценции и содержанию полезных компонентов.
Установлены зависимости и пределы возможного регулирования параметров стабилизации качества руд от содержания в обогащенном продукте кусков с содержанием полезного компонента, близким к бортовому. Созданы новый критерий выбора режима и метод рудосортировки, новизна которых заключается в пошаговом переключении с кускового режима сортировки на порционный и обратно, в зависимости от последовательности движения рудных и породных кусков в потоке и на основе полученных закономерностей изменчивости разделительного признака.
На основе разработанных эмпирических зависимостей предложены новый критерий пошагового изменения направления движения потоков некондиционных молибденовых руд на внутрикарьерную сортировку (граничная блочность массивов с учетом граничного коэффициента окисления "молибденита) и критерий определения границ обедненного класса крупности, учитывающего контрастность руд, среднестатистические мощность прожилков и размер породных сростков.
Установлена закономерность выхода полезного компонента в не вовлекаемые в процесс рудосортировки (после повторной' добычи) классы крупности, предложен критерий выбора характеристики горной массы для заполнения воронки обрушения, отличающийся тем, что с целью снижения потерь полезного компонента заполнение воронки обрушения производится породами с не менее чем в 1.5 раза меньшим пределом прочности на одноосное сжатие по сравнению с рудой залежи.
Предложен метод определения (при повторной добыче карьером) положения
вскрывающих выработок из соотношения, учитывающего угол падения рудного
і тела, высоту этажа подземного блока, отметку горизонта, угол формирования
эллипсоида выпуска, высоту уступа при повторной разработке, положение
вскрывающей выработки относительно нижней отметки выклинивания.
Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается необходимым и достаточным количеством экспериментальных исследований, корректным теоретическим обобщением их результатов, подтверждением
результатов лабораторных экспериментов в реальных производственных условиях, высокой сходимостью научных рекомендаций, полученных по разработанным методикам, с результатами промышленных экспериментов и внедрением рекомендаций в практику разработки месторождений.
Личный вклад автора состоит в постановке задач, их решении и анализе полученных результатов; в обосновании методических основ выбора и совершенствования технологических решений и принципов оптимизации технологии комбинированной разработки, технологии формирования качества руд (для меняющихся горно-геологических и геолого-технологических условий); в выявлении зависимостей, формирующих рассматриваемую проблему.
Практическая значимость работы заключается в том, что с использованием предложенных научных основ технологических решений, принципов оптимизации технологии комбинированной разработки и формирования качества- руд предложен комплекс эффективных технологий пошаговой оптимизации, выбора направления развития горных работ, буровзрывных работ, повторной добычи- и формирования качества руд, внедренных на Тырныаузском ВМК.
Разработанный метод пошаговой корректировки параметров буровзрывных работ использовался в составе САПР БВР на Тырныаузском, Джидинском ВМК, Жирекенском и Стойленском ГОКах, комбинате «Ураласбест».
На основе принципов пошаговой оптимизации процессов горных работ и формирования качества руд могут решаться задачи адаптации технологий горных работ к меняющимся» горно-техническим условиям с целью повышения эффективности производства.
Основные результаты работы защищены 34 охранными документами (авторскими свидетельствами СССР, патентом РФ), внедрены на Тырныаузском вольфрамомолибденовом комбинате с общим экономическим эффектом более 616.7 тыс. руб. (в ценах 1988 г.).
Апробация диссертации
Основные положения и результаты работы докладывались на меж-
дународных, всесоюзных, республиканских и региональных конференциях:
Республиканская научно-техническая конференция «Пути совершенствования технологии горных работ на карьерах вольфрамо-молибденовой и медной промышленности» (Каджаран-Ереван, 1981 г.). Республиканская научно-техническая конференция «Совершенствование совместной разработки рудных месторождений» (Кривой Рог, 1984 г.). Всесоюзная научно-техническая конференция «Перспективы развития технологии подземной разработки рудных месторождений» (Москва, 1985 г.). Всесоюзная научно техническая конференция «Технология и техника открытых горных разработок при извлечении полезных ископаемых» (Москва, 1988 г.). Республиканская научно-техническая конференция «Совершенствование комплексной (открыто-подземной) разработки рудных месторождений» (Кривой Рог, 1990 г.). Технические советы Тырныаузского ВМК (1984-1993гг), Жирекенского ГОКа (1991-1993гг), Стойлинского ГОКа (1991-1995гг), Комбинат «Ураласбест»(1991г). Международная научно-практическая конференция ELBRUS'97 «Новые информационные технологии и их региональное развитие» (Нальчик, 1997г.). Региональная научно-практическая конференция «Информатизация общества и образования» (Нальчик - Эльбрус, 2003 г). Международная научно-практическая конференция «Моделирование, теория, методы и средства» (ЮРГТУ (НПИ) Новочеркасск 2005 г.). Всероссийская научно-практическая конференция по селям ВГИ, (Нальчик 2005 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 70
научных работах, в том числе 18 работ опубликованы в изданиях,
рекомендованных ВАК РФ, в отдельных разделах монографии, 16 статьях и 11
тезисах конференций, а также отражены в 34 охранных документах (авторских
свидетельствах СССР, патенте РФ).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 392 страницах
машинописного текста, состоит из 6 глав, введения, заключения и 13
приложений. Список литературы составляет 175 источников.
В I главе проведен анализ изученности вопроса и постановка задач
исследований. Выполнен анализ изученности проблем разведки, проектиро-
вания, эксплуатации месторождений цветных металлов. Исследованы направления совершенствования технологии добычи и переработки руд.
Во II главе выполнены исследования влияния факторов изменчивости руд и условий разработки. Исследовано влияние изменчивости горно-технических условий на нагорном карьере в зоне влияния подземных работ на процесс добычи и формирования качества руд. Разработана технологическая классификация изменчивости руд, условий комбинированной разработки нагорных месторождений.
В III главе представлена пошаговая оптимизация направления развития горных работ на нагорном карьере в условиях комбинированной разработки. Выполнено исследование проблем вскрытия и планирования горных работ на нагорных карьерах в условиях комбинированной разработки. Обоснованы критерий и технология пошаговой оптимизации направления развития горных работ на нагорном карьере в условиях комбинированной разработки. Представлена технико-экономическая эффективность пошаговой оптимизации направления развития горных работ.
В IV главе представлена пошаговая адаптация технологии буровзрывных работ к меняющимся характеристикам массивов пород и руд и условиям разработки: Выполнен анализ исследований и опыта совершенствования буровзрывных работ, а также особенностей ведения БВР на нагорных карьерах, отрабатывающих руды цветных металлов в условиях комбинированной разработки. Исследованы факторы формирования рудного потока по крупности. Представлена технология пошаговой адаптации технологии БВР к меняющимся условиям. Выполнена технико-экономическая оценка эффективности пошаговой адаптации БВР к меняющимся характеристикам массивов пород и руд и условиям разработки.
Исследование опыта совершенствования технологии горных работ и переработки руд в процессе эксплуатации месторождения
Как уже отмечалось в разделе 1.1, наиболее сложными в разработке являются месторождения цветных металлов. В этой связи представляется цепным анализ опыта разработки наиболее сложных месторождений цветных металлов, каким является Тырныаузское месторождение вольфрамовых и молибденовых руд. Особый интерес представляет второй этап разработки Тырныаузского месторождения, связанный с началом совместной отработки месторождения открытыми и подземными горными работами и вовлечением в добычу широкого спектра разнотипных руд, отличающихся по содержанию полезных компонентов, вредных примесей и технологии переработки.
Характеризуя этот этап разработки месторождения, следует выделить проблемы, связанные с увеличением объемов производства на основе вовлечения в процесс добычи и переработки низкокачественного и труднообогатимого, плохо изученного сырья. Особо необходимо отметить технологическую изменчивость как вовлекаемых в добычу руд, так и условий разработки.
Проблемы, связанные с данным этапом разработки месторождения, можно классифицировать как: Проблемы совместной разработки высокогорного месторождения открытыми и подземными горными работами. Проблемы вскрытия и планирования горных работ, связанные с низкой достоверностью данных детальной разведки. » Проблемы, связанные с увеличением объемов производства на основе вовлечения в процесс добычи и переработки низкокачественного и труднообогатимого сырья. Над решением проблем разработки Тырныаузского месторождения на предприятии постоянно работали десятки научно-исследовательских, учебных и проектных институтов. В частности, вопросами устойчивости борта карьера и отвалов занимался институт ВНИМИ. Вопросами совершенствования открытых горных работ - институты МГРИ, СРЕДАЗНИПРОЦВЕТМЕТ. Совершенствованием подземной разработки - НПИ, МГИ, СКГМИ. Совершенствованием совместной разработки - ВЗПИ. Исследованиями геологии, минералогии месторождения - МГУ и НПИ, изучением технологических свойств руд МГУ, МЕХЛНОБР, СРЕДАЗНИПРОЦВЕТМЕТ. Кроме научно-исследовательских и учебных институтов на предприятии постоянно работали проектные институты: Генеральный проектировщик — институт ГИПРОНИКЕЛЬ и институты МЕХАНОБР, ВНИМИ, СКФВНИКИЦМА, СРЕДАЗНИПРОЦВЕТМЕТ, КАВКАЗГИПРОЦВЕТМЕТ. Для решения неотложных задач совершенствования горного и обогатительного производства и координации работы институтов в 1972 году на Тырныаузском вольфрамомолибденовом комбинате создана центральная научно-исследовательская лаборатория (ЦНИЛ). В ЦНИЛ функционировали лаборатории: открытых, подземных горных работ, геолого-технологического картирования, рентгенолюминесцентной сепарации, обогащения и гидрометаллургии. Кроме того, в ЦНИЛ имелись конструкторское бюро, механические мастерские, опытная фабрика обогащения, полигон рентгенолюминесцентной сепарации. Исследованиями ВНИМИ, установлены параметры процесса сдвижения, позволяющие определять возможность и очередность отработки взаимовлияющих залежей, прогнозировать условия образования воронок в борту карьера. Определены размеры зон трещин, террас, обрушения и воронкообразования. Для каждой зоны рекомендованы применительно к характерным инженерно-геологическим комплексам пород оптимальные значения высоты уступа и их углов откоса с учетом положения уступа в различных зонах влияния очистных работ. Установлены связи тектонических нарушений с образованием сдвигов по поверхностям ослаблений и изменений размеров зон сдвижения, а также величин параметров сдвижения [22]. В 1992 году получены новые зависимости, позволяющие устанавливать сроки образования воронок с момента начала выпуска отбитой руды при отбойке на зажатую среду, торцевом выпуске и довыборке запасов, а также при других системах разработки с учетом группы воронок — изолированные, взаимовлияющие и перекрывающиеся. Установлено, что породы в зоне сдвижения обладают значительной устойчивостью. Область влияния ранее образовавшейся воронки на изменение устойчивости массива пород мала и не распространяется за пределы трубообразной зоны обрушения, соединяющей контур воронки на земной поверхности с очистным блоком, более чем на 10-15м. Эти данные имеют особое значение при проектировании углов заоткоски уступов при последующей отработке открытым способом междукамерных целиков[22. Весьма важным представляется формирование требований обогатительного передела к качеству исходного сырья поступающего в переработку, особенно с учетом многообразия типов руд, в том числе и труднообогатимых вовлекаемых в добычу. При исследовании изменения характеристик руды за основу принимались требования флотационного передела к качеству поступающей рудной массы. Эти требования сформировались в результате исследований, проведенных целым рядом научно-исследовательских организаций— [9,34,38,45,56,80,41,25]. Требования, предъявляемые к качеству руды, поступающей на обогатительную фабрику для дальнейшей рудоподготовки и обогащения, можно разбить па две группы: - требования к минералогическому и химическому составам; - требования к гранулометрическому составу.
Требования к минералогическому и химическому составам выражаются, прежде всего, в том, что в поступающей руде должны выдерживаться в определенных пределах с минимальными колебаниями содержания полезных компонентов и содержания вредных примесей. Исследования, проведенные Московским государственным университетом, институтами "Механобр" и "Средазнипроцветмет", показали, что вещественный состав руд существенно влияет на показатели обогащения. Руда, поступающая из карьера и подземного рудника "Молибден", должна быть смешана в определенных пропорциях. Доля амфиболовых роговиков не должна превышать 20%, иначе снижается извлечение трехокиси вольфрама в концентрат. На рис. 1.3.1 показана зависимость извлечения трехокиси вольфрама от содержания его в руде [56]. Содержание карбоната кальция (рис. 1.3.2) необходимо поддерживать ниже уровня 10 - 12%. Доля глинистых материалов - 3% от массы шихты. Колебания трехокиси вольфрама и молибдена общего, в руде не должны превышать ± 15% относительно плановых содержаний, а молибдена окисленного + 10%абс.
Сложный химический состав руд и жесткие требования к подаваемой шихте диктуют необходимость тщательного усреднения и шихтования руд на карьере. Для соблюдения постоянства минералогического и химического составов поступающей на обогащение руды институтом "Средазнипроцветмет" рекомендовано внедрение усреднительных складов [37]. В стесненных условиях нагорного месторождения при однобортовой системе разработки месторождения, когда на рабочем борту карьера размещаются транспортные коммуникации и рабочие площадки, не представляется возможным создание усреднительных складов достаточно большой емкости. Поэтому ца комбинате была разработана и реализована методика и технология усреднения руды в рудоспусках. Основу усреднения руд в рудоспусках составляет методика опробования руды в местах добычи и транспортировки.
Анализ влияния изменчивости горно-технических условий на нагорном карьере в зоне влияния подземных работ на процесс добычи и формирования качества руд
Как уже отмечалось в разделе 1.2, месторождения цветных металлов отличаются сложностью и изменчивостью. Обычно, когда говорят о изменчивости, имеют в виду изменчивость свойств руды, влияющих на технологию и эффективность переработки. Как уже отмечалось, имеются уже общепризнанные методики оценки изменчивости свойств руды, в том числе параметров вещественного состава, заключающиеся в разделении общего варьирования, определяемого при различных расстояниях между точками замера, па составные части — случайные вариации значений признака и вариации пространственно коррелированные (изменчивость признака в зависимости от направления прослеживания по мощности, простиранию, вкрест простирания)) 45].
При этом необходимо отметить, что существующие методики не учитывают изменчивость горно-технических условий, которая накладывается на технологическую изменчивость руд на стадии горных работ. С учетом выше изложенного для принятия системных решений целесообразно использовать следующую классификацию технологической изменчивости руд: 1. Изменчивость типов руд по содержанию и распределению полезных компонентов и вредных примесей. 2. Изменчивость руд по прочностным свойствам, определяющим технологию и эффективность их добычи, формирования качества и переработки. 3. Изменчивость руд по показателю контрастности, определяющему возможность и эффективность кусковой и порционной сортировки руд. 4. Изменчивость руд по показателю контрастности разделительного признака, определяющему возможность и эффективность кусковой и порционной сортировки руд с использованием конкретного разделительного признака. 5. Изменчивость руд по распределению полезных компонентов или вредных примесей по классам крупности в рудной массе. 6. Изменчивость минерального, вещественного, гранулометрического состава и прочностных свойств, руд в зонах их вторичной локализации (потерянные в различные годы руды при использовании различных систем разработки и технологий подземной добычи). 7. Управляемая изменчивость минерального, вещественного, гранулометрического состава и прочностных свойств, руд в зонах их вторичной локализации. Безусловно, условия нагорного карьера и совместной разработки вносят определенные сложности в процесс добычи и формирования качества руд. На основании проведенных исследований можно выделить факторы нагорного карьера и совместной разработки, которые оказывают влияние па процесс добычи и формирования качества руд: Отсутствие свободных площадей для приостановки добычи типов руд с неизученной технологией переработки (или организации временного рудного склада). Отсутствие свободных площадей для оптимизации направления и порядка выемки руд. » Технология выемки руд в значительной мере определяется характером сдвижения и обрушения пород, который меняется во времени. в Изменение структуры рудных залежей под воздействием сдвижения и обрушения горных пород. Изменение структуры массивов горных пород под воздействием подземных и открытых горных работ, влияющих на качество и эффективность БВР, последующих процессов горных работ и переработки руд. Одновременная отработка 8-10 рудных тел трех типов с разным уровнем содержания в отдельных блоках, совмещение открытых и подземных работ предъявляют высокие требования к управлению качеством руды, особенно в процессе ее добычи. Формирование рудопотоков по 7-8 рудоспускам (2-3 — для открытых работ и 5-6 — для подземных), шихтование руды при подаче ее на фабрику осуществляются с использованием первичной информации о недрах и контроля за объемами и разубоживанием добываемых руд. Учитывая изменчивость руд на фоне недостаточной разведанности месторождений, некоторые исследователи - специалисты по технологическому картированию (например, Коц Г. А. и др.[45]) видят выход в переносе детального технологического изучения руд на период эксплуатации. Данная идея хороша для равнинных карьеров с большими площадями и возможностью создания усреднительных или временных складов. В отношении больших рудных залежей с авторами можно согласиться, но проблема малых рудных тел остается, особенно это касается нагорного карьера, когда пет возможности складировать неизученные руды на период технологических исследований. Характеризуя неблагоприятные факторы комбинированной разработки месторождений цветных металлов, следует выделить сложные геологические, горно-технические условия разработки. Низкий уровень содержания полезных компонентов, наличие ряда вредных примесей. Сложный вещественный состав, широкий разброс физико-механических и структурных свойств, обогатимости природных и технологических типов и сортов руд, изменчивость этих свойств руд в пространстве. Особенности нагорных месторождений усиливают влияние факторов технологической изменчивости руд и условий разработки. При создании классификации технологической изменчивости руд и условий разработки учитывались значительный удельный вес скальных массивов в структуре отрабатываемых пород на большинстве месторождений цветных металлов и определяющая роль буровзрывных работ в обеспечении бесперебойной работы погрузочно-транспортного комплекса. Поэтому с рассматриваемых позиций в процессе классификации следует, прежде всего, выделить:
Анализ изменения качества руд на стадии перепуска по глубоким карьерным рудоспускам
Зона сдвижения представлена сильно нарушенными породами, состоящими из отдельностей различных размеров. В зоне сдвижения вести горные работы без буровзрывных работ невозможно. Непосредственно ведение буровзрывных работ в зоне сдвижения связано с определенными трудностями.
В нарушенных и неустойчивых породах затруднено, а порой и вовсе невозможно бурение взрывных скважин. В местах, где удается бурение по нарушенным породам, приходится сталкиваться с большими потерями скважин. Как показали исследования автора, скорость обрушения скважин в зоне сдвижения колеблется от 0,3 до 1,5 м/сутки. Потери скважин наблюдались не только в нарушенных сдвижением горных породах, но и в нарушенных предыдущими взрывами массивах горных пород. По данным исследований автора в 1980г, на карьере «Мукуланский» удельный вес потерь скважин, связанный с искусственным нарушением массивов пород, составил около 45 %, до 27% потерь скважин связано со сдвижением горных пород, и до 28%о потерь скважин связано с естественной трещиноватостыо массивов горных пород[35].
Как видно из представленного анализа, потери скважин технологического бурения в основном связаны с нерациональными параметрами буровзрывных работ. Поэтому вопрос снижения потерь скважин должен решаться путем оптимизации параметров буровзрывных работ. В том процессе главенствующая роль отводится районированию горных пород по трещиноватости и взрываемости.
Созданная на основе районирования карта трещиноватости и взрываемости пополняется и уточняется по мере продвижения горных работ. В процессе районирования карьерного поля по трещиноватости повышенное внимание должно уделяться изучению динамики изменения вместимости взрывных скважин в зависимости от блочности массивов пород. По результатам исследований, проведенных автором[35, 124, 133, 26], в частности, установлено, что скважины, пробуренные в крупноблочных породах долотом диаметром 243 мм, вмещают на 1м длины 45-47 кг гранулированных взрывчатых веществ. В то же время скважины, пробуренные в трещиноватых породах, вмещают на 1м длины 50-59 кг гранулированных ВВ. Реальная вместимость скважин с учетом блочности пород должна учитываться при выполнении корректировочного расчета параметров буровзрывных работ блока. Упрощенный подход при оценке характеристики массивов пород блока не позволяет получить реальные данные о вместимости взрывных скважин. В трещиноватых породах из-за большей вместимости скважин колонка заряда смещается в нижнюю часть скважины на 15 - 20%. В трещиноватой части массива вследствие повышенной вместимости скважин заряд сосредоточивается в перебуре. Такое распределение заряда по высоте приводит к нарушению подошвы нижележащего уступа и к дополнительным потерям скважин.
Технологические скважины с отклонениями по глубине выше допустимого требуют чистки или перебуривания. Кроме того, усложняется технология бурения скважин в подверженных.сдвижению нарушенных породах. Для придания скважинам большей устойчивости процесс бурения осуществляют при пониженной осевой нагрузке на буровое долото и повышенных оборотах. Такой режим бурения обеспечивает затирку нарушенных стенок скважин буровым шламом, обеспечивая большую устойчивость, но скорость бурения при этом существенно снижается.
Наличие достоверных данных о блочности пород позволит на стадии проекта буровых работ решить задачу внутриблоковой дифференциации параметров буровзрывных работ. Внутриблоковая дифференциация параметров БВР позволяет улучшить качество буровзрывных работ, сократить расход бурения и ВВ па отбойку горных пород. Влияние параметров карьера на интенсивность развития горных работ общеизвестно. Практически на всех глубоких карьерах в период их доработки, когда угол наклона борта карьера выводится на предельные значения, имеются серьезные проблемы с поддержанием темпов развития горных работ. Открытые горные работы на Тырныаузском месторождении велись карьером нагорного типа. Применялась однобортовая система разработки, когда рабочие площадки и транспортные коммуникации располагались на единственном борту нагорного карьера. Высота борта карьера составляла более 1000м. Объемы добычи напрямую зависят от скорости продвижения (опускания) горных работ. В стесненных условиях нагорного карьера, когда размеры карьера в плане меньше высоты борта карьера, трудно обеспечить высокие скорости продвижения (опускания) горных работ. Для обеспечения производительной работы погрузочно-транспортного оборудования карьера необходимо его обеспечивать стабильными объемами отбитой горной массы. В условиях дефицита рабочих площадей резко возрастает удельный вес простоев оборудования, связанных с перегонами и проведением взрывных работ. Как показал анализ работы карьера «Мукуланский», за 1976-1991 годы удельный вес активных площадей карьера постоянно меняется и зависит от следующих факторов:
В, свою очередь угол наклона борта карьера зависит от физико-механических и структурных свойств пород и конструкции борта карьера. Как показала практика работы па «Мукуланском» карьере в 1976-1980 годы, крутой уюл наклона борта карьера может и не обеспечить появления значительных рабочих площадей. При неотработанных параметрах буровзрывных работ, особенно при завышении удельного расхода ВВ по окоптуривающему ряду, происходит выполаживание угла откоса уступа и нарушение естественной блочности массива. В результате средний угол откоса уступов в рабочей зоне карьера может быть менее 45 градусов против 60 градусов по проекту. На рабочих площадках с углом откоса уступа 45 градусов теряется около 22% активных площадей. В масштабах карьера под откосами уступов терялось до 130 м рабочей площади по ширине. Это временно потерянные 2 тысячи м породна 1 погонный метр фронта работ. Кроме того, нарушение естественной блочности массива пород слагающих борт карьера снижает его устойчивость и не позволяет выдерживать его проектные параметры. Это дополнительные потери рабочих площадей карьера и снижение производительности карьера по горной массе. Таким образом, параметры элементов, представляющих конструкцию борта карьера, в значительной степени зависят от технологии буровзрывных работ.
На использование горно-транспортного оборудования решающее воздействие оказывает время простоев. Чем меньше простоев оборудования, тем выше коэффициент его использования. Простои погрузочно-транспортного оборудования в основном связаны с отсутствием горной массы, перегонами техники, ремонтом оборудования, отсутствием электроэнергии и погодными условиями. Причем большая часть простоев погрузочно-транспортного оборудования в стесненных условиях нагорного карьера связана с отсутствием горной массы и перегонами оборудования. Как показали настоящие исследования, обеспеченность горной массой и частота перегонов оборудования напрямую связаны с объемами отбойки горных пород.
Анализ возможностей формирования качества руд на нагорных карьерах в условиях комбинированной разработки месторождений
Рудная масса, перерабатываемая обогатительной фабрикой комбината, сложна по минералогическому составу. Это объясняется тем, что на рудниках открытых и подземных работ комбината в одновременной отработке находился целый ряд типов руд, отличающихся по минералогическому составу, физико-механическим и структурным свойствам. Например, руды "Слепой" залежи на разных горизонтах в значительной мере отличаются по блочности, с глубиной разработки блочность существенно возрастает. Руды, добываемые подземным рудником, более прочные и наиболее трудноизмельчаемые. Переработка руд, добытых на открытых и подземных горных работах, осуществляется единой технологической цепью. За счет ежегодного роста объемов добычи руд открытым способом увеличивалась их доля в шихте, поступающей на обогатительную фабрику (см. табл.4.3.3).
Выход шламов в продукт измельчения в значительной мере изменяется даже в течение относительно короткого промежутка времени (смены, суток, см.рис.4.3.4). Ситовая характеристика руд, добываемых подземным способом, после измельчения отличается большим содержанием наиболее хорошо флотируемых классов крупности размером 0,04-0,074 мм, а ситовая характеристика . карьерных руд содержит больше переизмельченных трудно флотируемых классов крупности. Поэтому рост в I98I-I982 гг. выхода в продукт измельчения труднофлотируемых, шламистых фракций связывают прежде всего с увеличением объемов добычи рудником открытых работ [38].
Как показывает анализ формирования потока руды по крупности, выполненный автором, и последующие данные ЦНИЛ ТВМК (см. приложения 3, 4, 5), основная часть переизмельченных классов крупности (см. табл. 4.3.4) образуется на стадии механического измельчения. Из табл. 4.3.4 видно, что поступающая на фабрику руда содержит незначительное количество шламов.
Так, например, руды "Слепой" залежи в массиве содержат около 0,1%, . после отбойки 0,24% класса -0,01мм, после перепуска по 600-метровому рудоспуску выход шламов возрастает до 2,7%, но основная масса . переизмельчепных классов крупности образуется в процессе рудоподготовки в корпусе самоизмельчения - (КСИ). Поэтому для решения задач рудоподготовки необходимо выяснять причины усиленного шламообразовапия при механическом измельчении карьерных руд.
Управление формированием ситовой характеристикой измельченного продукта на КСИ довольно сложно и неэффективно по ряду причин, самая главная из которых заключается в том, что поступающая рудная масса характеризуется крайней неоднородностью по крупности и прочностным свойствам, что оказывает решающее влияние на результаты механического измельчения. Так, опытной фабрикой ЦНИЛ были проведены исследования по изучению измельчаемое различных типов руд, поступающих на обогащение.
Эти исследования проводились на дробилках шарового измельчения лабораторного типа. Измельчаемость руд оценивалась по времени измельчения навески весом 200 г, с размером частиц -4 мм до крупности -0,74 мм. Для упрощения измельчаемость оценивалась при помощи величины, показывающей, во сколько раз время измельчения наиболее труднодробимых скарнов из блока 24 рудника "Молибден" отличается от времени измельчения рассматриваемого типа РУД- Результаты работ по оценке измельчаемости приведены в приложении 3. Карьерные руды более склонны к измельчению. Более того, в пределах каждого типа руд наблюдаются различные значения показателя измельчения. Для руд "Слепой" залежи показатель измельчения колеблется от 1,49 до 2,74, для амфиболовых роговиков от 1,84 до 4,72, для скарновых руд, добываемых подземным способом, от 1,0 до 2,16. Это связано, прежде всего, с различающимися в пределах каждого типа руд структурными свойствами рудных массивов, что подтверждает проведенный автором эксперимент.
Материал из исходной рудной массы, состоящей на 85 - 90% из скарнов "Слепой" залежи и на 10 - 15% из роговиков, выделен в отдельные пробы. Пробы представлены тремя классами крупности: 10-20 мм; 50-100 мм; 100-150 мм. Материал проб последовательно подвергался дроблению на щековой и валковой дробилках до крупности -4 мм. После дробления по каждой пробе, путем ситового анализа определен выход классов размером: -0,074 мм; 0,074-0,15 мм; 0,15-0,3 мм; 0,3 - 1,0 мм; 1,0-2,0 мм.
