Введение к работе
Актуальность работы
Проблема формирования и безопасной эксплуатации техногенных месторождений является весьма актуальной особенно для районов распространения вечномерзлых грунтов. Объясняется это следующим: эффективность эксплуатации техногенного месторождения определяется минимальной площадью накопителя, максимальной высотой и оптимальной емкостью; опыт эксплуатации техногенных месторождений, расположенных в криолитозоне, весьма невелик; влияние горнотехнических сооружений на вечномерзлые грунты основания практически не изучено; регламентированная технология формирования и эксплуатации техногенных месторождений в летний и зимний периоды, что требует интенсивного строительства ограждающих сооружений в летний период, для создания емкости прудка, обеспечивающего объем, необходимый для зимнего подледного складирования и обеспечения оборотного водоснабжения;техногенные месторождения Норильского промышленного района не имеют аналогов гидротехнического строительства, причем имеющиеся сооружения резко различаются как по состоянию грунтов оснований, так и по технологии эксплуатации.
Вопросы эксплуатации горнотехнических сооружений, являются тем более острыми потому, что проектная технология, как правило, постоянно находится в состоянии совершенствования, поисков и эксперимента, что обуславливается изменяющимися, в процессе эксплуатации геокриологическими условиями, как оснований сооружений, так и тела подпорных сооружений.
В связи с этим, поиск научных, методических и технических решений технологии возведения намывных техногенных месторождений, отвечающих требованиям безопасности и экономической эффективности является актуальным, особенно в условиях дальнейшего интенсивного развития горно-обогатительного производства в России.
Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских работ по темам «Исследования и разработка инновационных технологий комбинированной переработки и утилизации отходов предприятий цветной металлургии» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработка по приоритетным направления научно-технического комплекса России на 2007-2013 года», ГК №16.515.11.5027, «Разработка оптимальной технологии намыва хвостохранилища «Лебяжье» с ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», №88-3041/08 от 19. 12.2008 г.
Цель работы – обоснование и разработка методики расчета технологических параметров формирования и эксплуатации намывных техногенных месторождений в условиях криолитозоны.
Задачи исследований:
- анализ и обобщение теории и практики возведения намывных техногенных месторождений;
- разработка методики оптимизации расчета технологических параметров возведения намывных техногенных месторождений;
- разработка программы оптимизации расчета технологических параметров процесса намыва;
-физико-математическое моделирование технологии намыва;
- оптимизация технологических параметров намыва (на примере хвостохранилища «Лебяжье» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель»).
Идея работы: повышение точности определения технологических параметров намыва техногенных месторождений за счет использования логистического подхода при физико-математическом моделировании процессов.
Методы исследования: обобщение и анализ теории и практики, лабораторные и натурные исследования, физико-математическое моделирование с использованием теории вероятности и математической статистики.
Научные положения, защищаемые в работе:
1. Метод обоснования технологических параметров возведения техногенных месторождений, учитывающий геометрические характеристики месторождения, климатических условий, технологические ограничения максимальной высоты намывного слоя, основанный на логистическом описании процесса возведения как сложной системы.
2. Математическое описание зависимости технологических параметров возведения техногенного месторождения (времени заполнения участка намыва, высоты годового намыва, времени заполнения яруса участка намыва) от скорости подачи минерального сырья, геометрических характеристик объекта и участка складирования, климатических условий с адекватностью 90-95%.
3. Зависимости между характеристиками намывного пляжа техногенного месторождения и расстоянием от оси пульпопровода до расчетного створа находятся в строгой корреляции.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые доказана возможность оптимизации технологических параметров возведения техногенного месторождения с использованием математической модели, основанной на логистическом описании технологии месторождения.
2. Впервые выполнено математическое описание зависимости технологических параметров возведения техногенного месторождения (времени заполнения участка намыва, высоты годового намыва, времени заполнения яруса участка намыва) от скорости подачи минерального сырья, геометрических характеристик объекта и участка складирования, климатических условий с адекватностью 90-95%.
3. Установлены новые корреляционные зависимости между высотой намывного слоя минерального сырья, средневзвешенным диаметром частиц намывного массива и расстоянием от расчетного створа до оси пульпопровода.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается обобщением и использованием большого объема исходных фактических данных, применением современных методов исследований, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами опытно-промышленных работ и положительной практической реализацией разработок на предприятии.
Научная значение работы:
Разработанный метод расчета технологических параметров намыва повышает точность определения технологических параметров возведения техногенных месторождений за счет использования логистического подхода при физико-математическом моделировании процессов.
Практическая значение работы заключается в том, что применение
разработанного метода определения и оптимизации технологических параметров возведения техногенного месторождения с учетом требований промышленной и экологической безопасности, технологичности и экономичности позволяет прогнозировать высоту годового намыва техногенного месторождения (в том числе каскадного), оперативно управлять и осуществлять корректировку параметров возведения без остановки технологического процесса, оперативно осуществлять вариантное сравнение технологических схем возведения месторождения с учетом изменений исходных данных, давать прогнозную оценку сроков возведения месторождения и составлять календарные графики производства работ.
Методика может быть использована горно-рудными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями.
Реализация результатов работы.
Результаты исследований использованы при составлении проекта эксплуатации хвостохранилища «Лебяжье» Норильской обогатительной фабрики Заполярного филиала ОАО ГМК «Норильский Никель» с ожидаемым экономическим эффектом более 187 млн. руб. за первые три года эксплуатации. Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области открытой геотехнологии.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на: Международная научная конференция «Информационные технологии и системы. Наука и практика». Владикавказ 2009; 5-ая Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса», Тамбов 2009; 5-ой Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал», Тамбов 2009; 1-ой Региональной междисциплинарной конференции молодых ученых «Наука обществу», Владикавказ 2010; VII Международной научной конференции «Устойчивое развитие горных территорий», Владикавказ 2010; 7-th Europian Conference on numerical methods in Geotechnical Engineering «NUMGE 2010», Trondheim, Norway, 2010; Sixth International Congresson Environmental Geotechnics. New Delhi, India, 2010; 11-th Congress of the International Association for Geology and the Environment. New Zeeland, 2010; 9-ой Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». Котону, Бенин, 2010; 14-th Asian Regional Congress on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Hong Kong, China, 2011; Строительно-промышленном форуме «Гостеприимная Осетия», Владикавказ 2011; Конкурсе на премию главы РСО-Алания для молодых ученых – Владикавказ, 2012 г., на расширенном заседании кафедры «Горное дело» в ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) г. Новочеркасск, 2012 г.; на 25-ом Международном научном симпозиуме «Неделя горняка 2013», Москва, 2013 г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 18 работ, в том числе 7 в изданиях, рекомендованных ВАК и приравненных к ним.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 153 страницах машинописного текста; содержит 61 рисунков, 13 таблиц. Список использованных источников включает 153 наименования отечественных и зарубежных.
