Введение к работе
Актуальность работы
В предстоящие 50 лет прогнозируется увеличение потребления железной руды в 1,4-1,6 раз. Содержание железа в российских рудах в 1,5-1,7 раза ниже (35% против 60%), чем на месторождениях ведущих рудодобывающих стран, формирующих цены мирового рынка на данное сырьё - Австралии, Бразилии, США, Канады. Содержание железа в сырой руде на большинстве отечественных ГОКов не превышает 40%, что определяет необходимость обогащения руды, связанную с большим потреблением воды и выходом отходов её переработки. Значения коэффициентов водопотребления составляют от 20,65 до 42,35 м3, а коэффициент выхода отходов переработки изменяется от 0,55 до 4,71 т на 1 т концентрата.
Перед многими горно-обогатительными комплексами возникают проблемы сооружения новых, более удалённых хранилищ отходов с обязательной реконструкцией систем гидротранспорта и оборотного водоснабжения. Капитальные вложения на строительство современного крупного намывного сооружения для складирования отходов достигают от 5 до 35% сметной стоимости горно-обогатительного комбината, а эксплуатационные затраты составляют до 30% себестоимости концентрата.
Колебания объёмов добычи и качественных характеристик руды и, как следствие, неравномерность работы горно-обогатительного производства обуславливают необходимость учёта при проектировании горнотехнических систем освоения железорудных месторождений, возможности корректировки технологических и конструктивных параметров гидротранспортирования отходов переработки железных руд и намывных горнотехнических сооружений. В целом, задача снижения энергетических, материальных, финансовых и других ресурсов при формировании и эксплуатации горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями с помощью проектного обоснования их конструкционных и технологических параметров является актуальной научно-практической задачей.
Цель работы - обоснование параметров горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями для повышения эффективности их строительства и функционирования.
Идея работы - повышение эффективности при строительстве и функционировании горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями на этапе проектирования и эксплуатации обеспечивается учетом изменения конструкционных и технологических параметров на основе установленных зависимостей их рациональных значений от характеристик вещественного состава и структуры отходов переработки железных руд.
Объектом исследования являются намывные горнотехнические сооружения в структуре горнотехнической системы освоения железорудных месторождений.
Предметом исследования являются конструкционные и технологические параметры горнотехнических систем с намывными сооружениями. Основные задачи исследования: анализ показателей работы горнотехнических систем, опыта эксплуатации намывных горнотехнических сооружений, характеристик отходов переработки железной руды;
исследование влияния объёмов добычи и качественных показателей железорудного сырья и показателей функционирования горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями на параметры гидротранспорта отходов обогащения железных руд; исследование влияния способов формирования намывных сооружений на характеристики отвальных хвостов;
обоснование методики определения рациональных конструкционных и технологических параметров системы гидротранспорта отвальных хвостов и намывных горнотехнических сооружений равнинного и нагорного типов;
разработка алгоритма выбора способов формирования характеристик отвальных хвостов для создания намывных горнотехнических сооружений с рациональными конструктивными и технологическими параметрами;
экономическое обоснование целесообразности предлагаемых решений. Методы исследования.
Использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и практики при строительстве и эксплуатации горнотехнических систем с намывными сооружениями, аналитические расчёты и математическое моделирование процесса создания и заполнения намывного горнотехнического сооружения; лабораторные испытания физико-механических свойств хвостовой пульпы, химико-аналитические исследования вещественного состава сырья, метод обобщения и систематизации результатов, промышленной апробации рекомендаций.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Изменение вещественного состава и физико-механических свойств, вовлекае
мых в разработку железных руд, обуславливает необходимость учета при проекти
ровании горнотехнической системы освоения железорудных месторождений с на
мывными сооружениями возможности корректировки конструктивных и техноло
гических параметров системы гидротранспорта отходов и намывных сооружений в
зависимости от вещественного состава и структуры хвостовой пульпы обогащения
железных руд. Обеспечение проектных параметров достигается учётом физико-
механических характеристик складируемых отходов переработки железорудного
сырья и пород основания, формы земельного отвода и намывного сооружения.
-
Устойчивость намывного горнотехнического сооружения зависит от плотности транспортируемой гидросмеси, ее физико-механических характеристик, уклона намываемого надводного пляжа. Удаление крупных фракций перед гидротранспортной системой обеспечивает снижение её энергоёмкости не менее чем на 15%. Отделённые фракции следует рассматривать как дополнительную продукцию -строительный материал.
-
Повышение ёмкости намывного горнотехнического сооружения достигается увеличением его высоты при обеспечении устойчивости конструкции и повышения эффективности функционирования гидротранспорта снижением количества воды в составе гидросмеси отвальных хвостов.
Научная новизна работы:
1. Зависимости устойчивости намывного горнотехнического сооружения от плотности транспортируемой гидросмеси и уклона надводного пляжа, используемые для определения максимальной высоты и ёмкости намывного горнотехнического сооружения равнинного и нагорного типов.
-
Методика определения параметров гидротранспорта, учитывающая изменение коэффициента сопротивления трубопровода в зависимости от разнородности, изменчивости добываемых железных руд и производственной мощности горнотехнической системы.
-
Методика обоснования конструкционных и технологических параметров намывных горнотехнических сооружений, отличающаяся от существующих учётом вещественного состава и структуры хвостовой пульпы обогащения железных руд, а также уклона намываемого надводного пляжа.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются достаточным объёмом экспериментальных данных, сходимостью результатов натурных наблюдений и теоретических исследований с данными компьютерного моделирования.
Практическая значимость работы заключается в разработанных рекомендациях для обоснования конструктивных и технологических параметров горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями в различных горно-геологических условиях, реализованных в виде программных продуктов для автоматизированного расчета.
Личный вклад автора состоит в разработке методики обоснования конструктивных и технологических параметров горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями с учётом влияния характеристик транспортируемой пульпы и производственной мощности горнотехнической системы и реализации её в виде программных продуктов для автоматизированного расчёта.
Реализация материалов исследований.
Разработаны и зарегистрированы программы для ЭВМ: «Расчёт критических параметров гидротранспорта» (свидетельство о государственной регистрации №2013611244 от 09.01.2013) и «Автоматизированный расчет параметров устойчивости откосов горнотехнических сооружений» (свидетельство о государственной регистрации №2011613970 от 23.05.2011), которые могут быть использованы при проектировании и эксплуатации горнотехнических систем при освоении железорудных месторождений с намывными сооружениями, а также в учебном процессе при подготовке инженерных кадров по специальности.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 70" и 7ГИ межрегиональной научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета (г. Магнитогорск, 2011, 2013), VI Международная конференции «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (г. Магнитогорск, 2013), на XX Международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2011» (г. Москва, 2011), на 9-й международной научно-практической конференции «Новости передовой науки» (г. София, 2013).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах. Из них 9 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 120 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 94 наименований.
